estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre equilibrio químico con...
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Estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre
equilibrio químico con base en el enfoque
histórico-epistemológico de la ciencia
Carolina Zabala Suárez
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2017
Estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre
equilibrio químico con base en el enfoque
histórico-epistemológico de la ciencia
Carolina Zabala Suárez
Trabajo Final como requisito parcial para optar al título de:
Magíster en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Director:
MANUEL FREDY MOLINA CABALLERO
Químico, M.Sc
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2017
Dedicatoria
A mi esposo Edwin, quien me impulso a
alcanzar metas más altas y fue fuente de
inspiración. ¡Gracias Amor!
A mis hijos Daniela y Camilo, quienes me
confortaron con un abrazo y me brindaron su
comprensión cuando la necesité.
A Dios, que me dio fortaleza y sabiduría
para enfrentar los obstáculos.
A la Virgen María, mi modelo, mi guía.
El maestro es un transformador de vidas,
por eso aplica la máxima del Maestro:
“trata a los demás como quieras que te
traten a ti” (Jesús de Nazaret, Mateo 7:12).
Agradecimientos
Al Liceo del Ejército-Liceo Colombia, por permitir el espacio académico y físico
para la consecución del proyecto.
Al profesor Qco, MSc. Manuel Fredy Molina Caballero del Departamento de
Química de la Universidad Nacional de Colombia, por su acompañamiento en el
proceso de construcción y aplicación del proyecto de trabajo de grado.
Resumen y Abstract V
Resumen
El documento presenta una estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre equilibrio
químico con base en el enfoque histórico-epistemológico de la ciencia, su
aplicación a un grupo de 30 estudiantes de grado undécimo del Liceo del Ejército-
Liceo Colombia y posterior evaluación de la efectividad de la estrategia. El trabajo
siguió el modelo de investigación-acción desarrollado en cuatro fases: la
planificación, la acción, la observación y la reflexión. En la primera, se realizó la
fundamentación teórica de la investigación, la evaluación de los saberes previos
de los estudiantes y se establecieron los contenidos de la estrategia; en la acción,
se dio la implementación de la estrategia; en la observación, se registraron los
resultados; y finalmente, en la fase de reflexión se realizó la evaluación de la
estrategia. Con el fin de establecer la efectividad de la estrategia y evaluar el
aprendizaje en los estudiantes, se utilizó como instrumento el test de proposiciones
de Raviolo, Baumgartner, Lastres y Torres (2001), el cual evaluó aspectos como:
acercamiento al equilibrio, características del equilibrio, cambio en la concentración de un
reactivo, cambio de la temperatura del sistema, cambio del volumen del sistema y adición
de un catalizador al sistema en equilibrio. A partir de los resultados del test de
proposiciones y su análisis, se determinó que los estudiantes alcanzaron los objetivos
planteados en cada una de las sesiones de trabajo establecidas dentro de la
estrategia.
Palabras clave: equilibrio químico, histórico-epistemológico, Investigación-acción.
VI Estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre equilibrio químico con base en el enfoque histórico-epistemológico de la ciencia
Abstract
This work presents a teaching-learning strategy on chemical equilibrium based on
the historical-epistemological approach of science, its application to a group of 30
students of eleventh grade of the Lyceum of the Army-Liceo Colombia and
subsequent evaluation of the effectiveness of the strategy. The work followed the
research-action model developed in four phases: planning, action, observation
and reflection. In the first one, the theoretical foundation of the research was
realized, the evaluation of the previous knowledge of the students and the contents
of the strategy were established; In action, the implementation of the strategy was
given; In the observation, the results were recorded; And finally, in the reflection
phase the evaluation of the strategy was carried out. In order to establish the
effectiveness of the strategy and to evaluate students' learning, the test of
propositions of Ravolo, Baumgartner, Lastres and Torres (2001) was used as
instrument, which evaluated aspects such as: approach to equilibrium,
characteristics of the Equilibrium, change in reagent concentration, change in
system temperature, change in system volume and addition of a catalyst to the
equilibrium system. From the results of the test of propositions and their analysis, it
was established that the students reached the objectives set out in each one of the
work sessions established within the strategy.
Key words: chemical equilibrium, Investigation-action, historical-epistemological.
VII Tabla de Contenidos
Tabla de Contenidos
Introducción .................................................................................................................................... 1
1. Situación problema ............................................................................................................... 3
1.1. Planteamiento del problema ..................................................................................... 3
1.2. Justificación ..................................................................................................................... 5
1.3. Objetivos .......................................................................................................................... 7
1.3.1 Objetivo general. ......................................................................................................... 7
1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................................. 7
2. Marco de fundamentación ................................................................................................ 8
2.1 Enseñanza de la química ................................................................................................. 8
2.2 Investigación de la didáctica del equilibrio químico ............................................ 10
2.3 Conocimiento disciplinar del equilibrio químico ............................................... 14
2.3.1. Concepto de equilibrio químico. ......................................................................... 14
2.3.2 Constante de equilibrio. .......................................................................................... 15
2.3.3 Cociente de la reacción (Q).................................................................................. 17
2.3.4 La energía libre y el equilibrio químico. .............................................................. 18
2.3.5 Factores que modifican el equilibrio químico. ................................................. 20
2.4 El enfoque histórico-epistemológico en la enseñanza de la química ............. 22
2.5 Trabajo práctico y enseñanza de la química ..................................................... 24
3. Marco histórico-epistemológico del equilibrio químico .......................................... 25
4. Diseño metodológico ......................................................................................................... 27
4.1 Contexto educativo y población ................................................................................. 27
4.2 Tipo de investigación. ...................................................................................................... 27
4.2.1 Fases de la investigación. ....................................................................................... 29
5. Resultados y Discusión. ...................................................................................................... 33
5.1. Resultados. ..................................................................................................................... 33
5.1.1. Evaluación de los saberes previos. ................................................................ 33
5.1.2. Determinación de los contenidos de la estrategia de aprendizaje. .... 38
5.1.3. Diseño y aplicación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. ...... 40
VIII Tabla de Contenidos
5.1.4 Evaluación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. ....................... 42
5.2 Discusión .............................................................................................................................. 52
5.2.1. Evaluación de los saberes previos. ..................................................................... 52
5.2.2. Determinación de los contenidos de la estrategia de aprendizaje. ........ 54
5.2.3. Diseño y aplicación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. ........... 56
5.2.4. Evaluación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. ............................ 58
5.2.5 Seguimiento a los objetivos de investigación. .................................................. 61
6. Conclusiones ......................................................................................................................... 67
7. Referencias bibliográficas................................................................................................. 68
ANEXO A ......................................................................................................................................... 78
ANEXO B ......................................................................................................................................... 80
ANEXO C ........................................................................................................................................ 84
ANEXO D ......................................................................................................................................... 88
ANEXO E ......................................................................................................................................... 91
1Introducción
Introducción
El equilibrio químico es uno de los temas de gran importancia dentro del
aprendizaje de la química, esto debido a que muchos de los procesos biológicos,
físicos y químicos tienen inmersas situaciones de equilibrio. Lo anterior ha hecho
que en las últimas dos décadas se realicen una serie de trabajos de investigación
en torno al aprendizaje y enseñanza del equilibrio químico. (Quilez, 2007)
Rocha (2000) afirma que según investigaciones sobre el aprendizaje del
equilibrio químico, se han identificado dificultades en las concepciones de los
estudiantes sobre el tema, que generan interpretaciones alternativas erróneas y
alejan a los educandos de la comprensión y posterior aplicación en contexto de
la temática. Estas dificultades son el resultado del proceso de instrucción.
A partir de lo anterior, es función del educador establecer estrategias
encaminadas a que los estudiantes tengan una interpretación correcta del mundo
que les rodea y en especial para nuestro caso el de los procesos que involucren el
equilibrio químico.
La construcción del conocimiento no es el resultado del azar, sino es el
producto del quehacer científico desarrollado a través del tiempo, en donde
confluyeron contextos que crearon una necesidad y se dieron discusiones en torno
a observaciones y experimentaciones, para finalmente establecer teorías, algunas
de ellas vigentes hoy en día. Cuando se realiza una revisión del trabajo científico
que dio a lugar al entendimiento del equilibrio químico desde el siglo XVIII se
encuentra el fundamento epistemológico de éste, el cual sirve de base para el
establecimiento de estrategias de enseñanza que permitan el aprendizaje del
equilibrio químico por los estudiantes.
El siguiente trabajo presenta una estrategia de enseñanza-aprendizaje sobre
equilibrio químico con base en el enfoque histórico-epistemológico de la ciencia,
aplicada a un grupo de 30 estudiantes de grado undécimo del Liceo Colombia en
el año 2016, el cual parte de la importancia de realizar una introducción adecuada
del equilibrio químico a partir de conceptos estructurantes como reacción
2
completa, reacción incompleta y reversibilidad de las reacciones, como base para
el entendimiento de la dinámica del equilibrio por parte de los estudiantes. Esta
estrategia bajo el enfoque histórico-epistemológico, utilizó el desarrollo a través del
tiempo del concepto para trazar la ruta o secuencia de contenidos, integró el
componente histórico-epistemológico dentro de las actividades para que los
estudiantes tuvieran una visión más real del proceso de construcción del
conocimiento científico, así como aprovechó el trabajo experimental de la época,
para adaptarlo y utilizarlo en las actividades propuestas con el fin de dar una base
fáctica con ayuda de cajas experimentales, que facilitara la comprensión de los
conceptos estructurantes por parte de los estudiantes.
La metodología de investigación utilizada para realizar el seguimiento y la
evaluación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje corresponde a la
investigación-acción, en la cual se desarrolló una planificación de la estrategia,
posteriormente se puso en práctica con el grupo de estudiantes, se realizó una
observación y registro de resultados, para finalmente hacer una reflexión con
respecto a la efectividad de la estrategia.
3
1. Situación problema
1.1. Planteamiento del problema
Cuando se realiza una reflexión sobre el aprendizaje de las ciencias en los
adolescentes, se encuentra que, dentro de la formación del conocimiento, los
jóvenes establecen una relación directa entre lo que perciben a través de los
sentidos y lo que consideran como un fenómeno real (Pozo J. I., 2009), lo que trae
como consecuencia que, la imagen de lo real para los adolescentes debe ser el
resultado de una percepción de tipo sensorial. Mediante ese proceso se establece
una barrera entre lo perceptible y lo no perceptible, que crea la dificultad para
comprender los procesos químicos a nivel microscópico, ya que consideran que
estos procesos no se pueden materializar y por lo tanto son intangibles.
Lo anterior lo resume Furió cuando afirma que los adolescentes “no
comprenden que existen distintos niveles de descripción de la materia en íntima
relación: el nivel macroscópico de las sustancias con sus propiedades y cambios y,
por otra parte, el nivel microscópico de aquellas mismas sustancias que la Química
modela a base de átomos, iones o moléculas” (Furió, 2000).
La dificultad descrita en el texto anterior se presenta en la mayoría de los
estudiantes del Liceo Colombia, ya que, al solicitarles por medio de modelos la
explicación de fenómenos cotidianos y/o pedirles que realicen una
argumentación desde el nivel microscópico de los eventos percibidos en el trabajo
de laboratorio, manifiestan no saber cómo hacerlo.
El no entendimiento de las interpretaciones macroscópicas y las
microscópicas de los fenómenos químicos y la falta de relación entre estos dos
niveles de interpretación de la materia tienen como consecuencia la no
comprensión de fenómenos químicos (Gabel, 1998), Por lo tanto, establecer
estrategias pedagógicas que contribuyan a que los estudiantes establezcan la
relación entre el nivel microscópico y macroscópico de la materia puede contribuir
a que los adolescentes comprendan el mundo de la Química.
4
Uno de los temas que requiere de manera importante una conexión entre el
nivel macroscópico y el microscópico en el estudiante es el del equilibrio químico,
debido a que, en las reacciones químicas reversibles una vez se alcanza el
equilibrio siguen cambios a nivel microscópico, que impide que el aprendiz distinga
entre situaciones de equilibrio o no equilibrio en una reacción, además de
identificar su carácter dinámico. Lo anterior, implica en el estudiante un grado de
complejidad y abstracción del tema, que puede acarrear la aparición de
concepciones alternativas durante su aprendizaje (Raviolo A. , 2007).
Se han realizado diversas investigaciones y planteado múltiples estrategias
con el fin de evitar la aparición de las concepciones alternativas que puede tener
el estudiante producto del proceso de instrucción, una de las estrategias utilizadas
alrededor de la didáctica de la Química, es la de recontextualizar el trabajo
experimental para la construcción de conceptos relacionados con la disciplina. Lo
anterior, mediante la aplicación del enfoque histórico epistemológico de la
ciencia, el cual permite desarrollar en los estudiantes: actitudes de pensamiento
crítico, de acuerdo con los procesos de construcción del pensamiento científico y
su naturaleza (Raviolo A. , 2007); la apropiación de los conocimientos y le
proporciona a los estudiantes una visión de la Química como una actividad
colectiva, que se construye por consenso de la comunidad científica en un
contexto histórico y cultural (Quilez, 2004).
A partir de lo expuesto se pretende dar respuesta a la siguiente pregunta:
¿Cuál puede ser una estrategia de enseñanza-aprendizaje del equilibrio químico
basada en el enfoque histórico-epistemológico de la ciencia con estudiantes de
grado undécimo del Liceo Colombia?
5
1.2. Justificación
Destacar la importancia del estudio del equilibrio químico en la secundaria,
va más allá del seguimiento de unos lineamientos establecidos por las entidades
gubernamentales en materia de educación. El estudio del equilibrio químico forma
parte de aplicaciones biológicas e industriales que han contribuido a mejorar la
calidad de vida tanto en la medicina como a nivel industrial, por lo tanto, resaltar
el valor de establecer estrategias de enseñanza-aprendizaje para la comprensión
adecuada del equilibrio químico por parte de los estudiantes en la secundaria,
puede irradiar en un mayor entendimiento de dichos procesos en su formación
profesional futura.
El equilibrio químico es un concepto abstracto que requiere un nivel de
comprensión alto por parte de los estudiantes (Huerta & Irazoque, 2009) y el
dominio de conceptos subordinados (Quílez J. , 2007), además, este forma parte
de los conceptos estructurantes de la química. Por esta razón, consolidar
estrategias de enseñanza-aprendizaje del equilibrio que disminuyan las dificultades
en la comprensión de este concepto es relevante. Si en la instrucción se da lugar
a concepciones alternativas que persisten en el tiempo, estas pueden alcanzar un
estatus de obstáculo epistemológico (Castro L. , 2010) lo cual dificulta la
comprensión del equilibrio químico. Algunas de las dificultades y concepciones
alternativas referenciadas en los escritos son: los estudiantes no establecen las
diferencias y relaciones entre el nivel microscópico, macroscópico y simbólico;
tienen un aprendizaje memorístico de reglas que son aplicadas sin entendimiento
alguno y por ende una insatisfactoria resolución de problemas sobre equilibrio
(González, 2009); le atribuyen los estudiantes al equilibrio químico un carácter
estático visión dada desde la física, ya que permite relacionar el concepto con
situaciones cotidianas (Moncaleano R, 2008). Otra dificultad es la confusión entre
la velocidad de la reacción y extensión de esta (Nakhleh, 1992), así como la
interpretación del equilibrio químico como dos compartimentos separados debido
a la asociación que se da entre el concepto y la ecuación química, y la aplicación
inadecuada del principio de Le Chatelier (Rocha A. , 2000). Estas dificultades
6
surgen como consecuencia de una enseñanza operativista del equilibrio químico,
sin importar el análisis cualitativo.
Una forma de evitar el operativismo en la enseñanza del equilibrio químico, es
hacer una introducción adecuada del tema con el fin de evitar interpretaciones
alternativas (Raviolo A. , 2007), esto es, mediante el desarrollo de una estrategia
que involucre el trabajo experimental desarrollado a través de la historia en la
consolidación del concepto de equilibrio químico y el componente histórico-
epistemológico (Quílez J. , 2007). Este último elemento, el componente histórico-
epistemológico, es la base para la introducción y desarrollo de los conceptos de
equilibrio químico ya que desafía los conocimientos previos de los estudiantes sobre
reacciones químicas, el concepto de reacción incompleta, reversibilidad y
equilibrio dinámico. Finalmente, como lo expresa Quílez (2007), “una visión
histórica-epistemológica le permite a los estudiantes desarrollar una mejor
comprensión de la naturaleza de la ciencia, la importancia de la clasificación en
la química, la renuencia de los científicos a abandonar una teoría y reflexionar en
que la construcción de la química puede considerarse un esfuerzo humano”.
7
1.3. Objetivos
1.3.1 Objetivo general.
Diseñar una estrategia de enseñanza-aprendizaje para estudiantes de grado
décimo del Liceo Colombia, sobre equilibrio químico, con base en el enfoque
histórico-epistemológico de la ciencia
1.3.2 Objetivos específicos
1.3.2.1. Reconocer los conocimientos previos de los estudiantes sobre: cinética
química, reacción química y estequiometria de las reacciones.
1.3.2.2. Establecer los contenidos específicos para el tema de equilibrio químico,
que se desarrollarán dentro de la estrategia de enseñanza.
1.3.2.3. Analizar los conceptos que se desarrollaron a la luz del trabajo experimental
de los científicos a través de la historia en la construcción del concepto de
equilibrio químico, con el fin de establecer los experimentos pertinentes dentro de
la propuesta didáctica.
1.3.2.4. Definir los elementos constitutivos y la estructura de la estrategia didáctica
sobre equilibrio químico.
1.3.2.5. Evaluar la estrategia de enseñanza planteada para establecer su
efectividad.
8
2. Marco de fundamentación
2.1 Enseñanza de la química
La química es considerada una de las áreas de conocimiento con mayor
dificultad de aprender debido al carácter abstracto que tiene y el lenguaje
especializado que maneja, esto ha hecho que se tome el proceso de enseñanza-
aprendizaje de la química como objeto de investigación. (Raviolo & Martínez A,
2005)
Diferentes escritos a cerca de la enseñanza de la química han centrado su
estudio en tres aspectos: identificación de las dificultades que presentan los
estudiantes cuando se trata del aprendizaje de la química, identificación de
concepciones alternativas producto de la instrucción, y por último, la elaboración
y evaluación de estrategias didácticas que contribuyan a que los educandos
aprendan química.
En un momento en el que el aprendizaje de la química para los jóvenes es
poco atractivo, estudiar las dificultades que presentan los estudiantes cuando se
enfrentan a esta, es el punto de partida para establecer nuevas estrategias de
enseñanza. Sirhan (2007), considera que cuando se dan los procesos de
enseñanza-aprendizaje: el contenido curricular, el lenguaje y comunicación, la
formación de conceptos y la motivación, representan aspectos que dificultan la
construcción de saberes a cerca de la química en los estudiantes.
Cuando se trata de establecer una serie de lineamientos y políticas que
contribuyan a la formación integral del estudiante, las instituciones educativas
participan por medio de la construcción del curriculum. Cada institución educativa
sigue los lineamientos a nivel gubernamental y el proyecto educativo institucional
para establecer criterios, elaborar el plan de estudio e indicar las metodologías a
seguir para que los estudiantes construyan su identidad. Esto puede representar un
obstáculo cuando se trata de aprender ciencia, ya que en ocasiones las
instituciones educativas desconocen o dejan de lado las necesidades particulares
9
de los estudiantes y se concentran en establecer una secuencia de contenidos
bajo la lógica del sujeto (Reid, 2000).
El lenguaje y la comunicación corresponde a un elemento esencial en la
construcción del conocimiento, ya que muestra las estructuras conceptuales
existentes en el individuo así como las crea (como se cita en Evagorou y Osborne,
2010, p. 135). En la creación de estructuras conceptuales, se toma como referencia
elementos captados a través de los sentidos o los constructos imaginarios
elaborados por la mente, los cuales deben ser transcritos a través del lenguaje, ya
que a su vez, este representa un instrumento mediante el cual se consigue dicha
referencia, por lo tanto, “el conocimiento científico es dependiente del lenguaje y
el lenguaje es fundamental para la capacidad de pensar” (Evagorou & Osborne,
2010, pág. 136). El papel fundamental que nos muestra el lenguaje, puede llegar a
ser un impedimento en el aprendizaje de la química si algunos códigos de
comunicación no son entendidos por los estudiantes o llevar a interpretaciones
erróneas de parte de quien recibe la instrucción, si las palabras utilizadas por los
docentes para que entiendan los estudiantes, no son las adecuadas.
A medida que el individuo construye su conocimiento se da paso a la
formación de conceptos, que surgen como resultado del establecimiento de
vínculos entre los conocimientos nuevos y los que ya posee el estudiante. Por lo
tanto, se parte de la existencia de conceptos previos que le permiten al educando
a su vez interpretar los nuevos y así construir su conocimiento. En la mediación entre
las concepciones previas y las nuevas, se puede dar la formación de
concepciones erróneas como consecuencia de la unión de conceptos nuevos de
manera inapropiada, esto puede ser una barrera dentro del aprendizaje de la
ciencia, ya que se establecen concepciones alternativas alejadas de las ideas y
concepciones científicas (Sirhan, 2007). En este aspecto, el docente debe verificar
los conocimientos previos de los estudiantes para identificar la existencia de
concepciones erróneas y así plantear y ejecutar una estrategia que elimine los
conceptos erróneos y sean suplantados por los correctos en el estudiante.
La motivación es otro elemento presente en el proceso de aprendizaje y en
especial cuando se trata de la química. Lograr en el estudiante que surja una
10
fuerza interna que lo impulsa a la aprensión del conocimiento, requiere identificar
el estilo de aprendizaje de los estudiantes y la categoría motivacional de cada
individuo (Quiroga, 2010), ya que reconocerlos por el docente, permite establecer
estrategias de enseñanza aprendizaje que muestren un saber de forma atractiva
para el educando. Por otro lado, la enseñanza de una temática de forma
descontextualizada, la metodología del docente, la escasez de trabajo
experimental (Furio & Más., 2006) y temas que requieren procesos de pensamiento
complejos por su carácter abstracto, son factores que influencian el estado de
motivación de los estudiantes hacia la química, por lo tanto no se pueden
desconocer.
2.2 Investigación de la didáctica del equilibrio químico
El tema del equilibrio químico ha captado la atención de estudiosos en
didáctica de la química, en razón a las dificultades presentadas en el proceso de
enseñanza-aprendizaje. En este sentido, se han venido planteando una serie de
estrategias, a partir del uso de recursos y procedimientos específicos como
estrategias de enseñanza del concepto de equilibrio químico, con el fin de
minimizar dificultades en el aprendizaje y desarrollar constructivamente dicho
conocimiento.
Por lo anterior, mientras que algunas investigaciones sobre la didáctica del
equilibrio químico centran su atención en el análisis de las dificultades y
concepciones alternativas de los estudiantes en los niveles secundario y
universitario, otras proponen estrategias donde se involucran modelos
constructivistas, el uso de tecnologías y el reconocimiento de la importancia del
uso de un enfoque histórico-epistemológico. A continuación, se citan algunos de
estos estudios:
11
Quilez (2006), realizó una investigación relacionada con las dificultades de
los libros de texto, docentes y estudiantes titulada “Análisis de Problemas de
Selectividad de Equilibrio Químico: Errores y Dificultades Correspondientes a Libros
de Texto, Alumnos y Profesores”, en la cual, analizó los resultados obtenidos en la
aplicación de cuatro problemas de selectividad de equilibrio químico, donde
encontró que la metodología empleada en la instrucción de la temática, propicia
un aprendizaje memorístico, no significativo.
Sendur (2010), analizó el aspecto concerniente a la importancia de indagar
sobre las concepciones de los estudiantes, mediante la descripción que realizó de
los conceptos erróneos sobre equilibrio químico en estudiantes de grado 11, en tres
escuelas de Izmir-Turquía.
Por otro lado, Bermúdez (2011), comparó los niveles de comprensión del
equilibrio químico en estudiantes universitarios mediante la utilización de distintas
estrategias de enseñanza.
En la ciudad de Thohoyandou (Sudafrica) Marumure (2012), realizó un
trabajo de investigación en 18 escuelas, en la que analizó las deficiencias
presentadas por los docentes al momento de desarrollar el tema de equilibrio
químico.
Goncalves (2012), analizó la estructura conceptual de los estudiantes
acerca del equilibrio químico por medio de mapas conceptuales en dos
momentos: al inicio de la carrera de química y después de un año de recibir
instrucción de diferentes disciplinas relacionadas con el tópico de equilibrio
químico.
Posteriormente García-Lopera (2014), realizó una revisión y nuevas
contribuciones al estudio de las concepciones erróneas en estudiantes
universitarios y de secundaria en relación con la enseñanza-aprendizaje del
equilibrio químico y principio de Le Chatelier, así como las posibles causas de esas
concepciones y se dan sugerencias a los docentes.
12
Otro trabajo desarrollado es el de Bertelle (2014), en el cual se analizaron las
discusiones de los estudiantes de primer año de dos carreras universitarias,
realizadas en un trabajo de laboratorio sobre el equilibrio químico.
Karpudewan (2015), investigó la comprensión de los conceptos de equilibrio
químico en estudiantes de año 12, con el propósito de que a partir de los resultados
los docentes tomen acciones para modificar la instrucción de la temática en el
aula.
Otros trabajos desarrollados en la enseñanza-aprendizaje del equilibrio
químico presentan propuestas didácticas encaminadas a superar las dificultades
citadas anteriormente, algunos de ellos se relacionan a continuación.
Quílez (2002), presentó una propuesta curricular para la enseñanza de la
evolución de los sistemas en equilibrio químico que han sido perturbados, para los
niveles: preuniversitario, universitario y avanzado,
Raviolo (2006), mostró un análisis sobre el papel de las imágenes y modelos
mentales en el aprendizaje del equilibrio químico en estudiantes de primer año de
universidad, y relaciona las dificultades que presentan los estudiantes con
características comunes de enseñanza.
Por otro lado Raviolo (2007), desarrolló una investigación bibliográfica sobre
las analogías propuestas para la enseñanza del equilibrio químico, las dificultades
de aprendizaje y las concepciones alternas que se pueden originar a partir de
éstas.
Mientras que Rocha (2007), en su tesis doctoral, utilizó la metodología de
actividades abiertas en la enseñanza del equilibrio químico y realizó un análisis de
su propuesta.
Nuevamente Raviolo (2007), hizo un estudio histórico sobre la evolución del
concepto de equilibrio químico, en el cual destaca su importancia en la naturaleza
de la ciencia y aporta elementos para el diseño de secuencias didácticas en la
enseñanza del tema.
13
En 2007, Quílez propuso una secuencia de enseñanza-aprendizaje del
equilibrio químico, fundada en el desarrollo histórico epistemológico del tema y da
sugerencias para que los docentes lo lleven a la práctica de la clase.
Siguiendo la línea curricular, Huerta (2009), realizó un análisis crítico de los
contenidos y propone una secuencia didáctica y metodológica.
Asuaje (2011), efectúo un estudio en el que compara el rendimiento de los
estudiantes de primer semestre del 2010, de la asignatura de Química I de la
Carrera de Agronomía de la Universidad Centrooccidental Lisandro Alvarado de
Venezuela, luego de utilizar el aprendizaje basado en problemas y la enseñanza
por descubrimiento guiado en la enseñanza del equilibrio químico.
Pozo (2013), presentó una unidad didáctica sobre equilibrio químico en la que
establecía qué, cómo y cuándo enseñar y evaluar el tema.
Para el mismo año, Mena (2013), planteó una estrategia que emplea los
mapas conceptuales, los estudios de caso, prácticas experimentales y analogías
para la enseñanza-aprendizaje del equilibrio químico ácido-base.
Y con relación al uso de plataformas informáticas, Santa (2014), utiliza la
metodología The Flipped class room y la plataforma Moodle para la enseñanza-
aprendizaje de la temática de equilibrio químico.
Mientras que, Narciso-Linares (2015), propuso como recurso de apoyo el uso
de los simuladores interactivos como escenario que facilite la interacción con los
principios y conceptos más significativos del equilibrio químico.
14
2.3 Conocimiento disciplinar del equilibrio químico
2.3.1. Concepto de equilibrio químico.
Las reacciones químicas en los sistemas cerrados son reversibles, esto es, los
reactivos forman productos y a su vez, los productos originan los reactivos
nuevamente, este evento de reversibilidad simultánea en una ecuación química
es representado mediante una doble flecha.
�� + �� ⇄ �� + ��
El sentido de la formación de los productos se le denomina reacción directa
y el sentido de formación de los reactivos reacción inversa. Cuando la velocidad
de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa se alcanza el
estado de equilibrio. El estado de equilibrio no es una condición estática en la
reacción, es dinámica, ya que el proceso de reversibilidad ocurre simultáneamente
de forma permanente, lo que origina en su momento que la composición
(concentración) de la sustancias en la reacción sea constante.
Reconocer un estado de equilibrio es posible al identificar las características
macroscópicas de las sustancias que participan en la reacción antes y cuando se
alcanza el equilibrio. Para ilustrar esta afirmación se tomará como ejemplo la
reacción de descomposición del tetróxido de dinitrógeno (N2O4) para formar
dióxido de nitrógeno (NO2).
����(�) → 2���(�)
����(�) ← 2���(�)
En la reacción directa se produce un gas café (evidencia de la formación de
NO2) y en la inversa un gas incoloro (indicador de la presencia de N2O4). Cuando
las reacciones alcanzan el equilibrio el sistema toma una coloración café oscuro
que no varía en el tiempo, en este momento las propiedades macroscópicas se
mantienen, aunque los procesos a nivel microscópico continúen (Figura 1). Aquí, el
sistema cerrado presenta una reacción de descomposición y de formación, que al
igualarse la velocidad de reacción en ambos sentidos (directa e inversa), alcanza
15
el equilibrio. En este momento las propiedades macroscópicas se mantienen (no
se evidencia un cambio de coloración del sistema) aunque los procesos
microscópicos permanezcan.
Figura 1. Representación microscópica del sistema NO2-N2O4 junto con las gráficas que muestran la
concentración de las sustancias y las velocidades de las reacciones directa e inversa en equilibrio.
http://philschatz.com/chemistry-book/contents/m51108.html
En las reacciones químicas el equilibrio se identifica cuando las velocidades
directa e inversa se igualan y la composición (concentración) de las sustancias en
la reacción es constante.
2.3.2 Constante de equilibrio.
Al tomar datos experimentales para el sistema NO2-N2O4 (presentado en el ejemplo
de equilibrio), en el cual se registran las concentraciones iniciales y en equilibrio de
las sustancias en el sistema (Tabla 1), se puede observar que las concentraciones
en equilibrio de NO2 y N2O4 dependen de las concentraciones iniciales.
16
Tabla 1. Equilibrio NO2-N2O4 a 25ºC. Chang, R. 2013.pag 626.
Concentraciones iniciales (M)
Concentraciones en equilibrio (M)
Relación de las concentraciones en
equilibrio [ ���] [ ����] [ ���] [ ����] [ ���]
[ �� ��]
[ ���]�
[ �� ��]
0,000 0,670 0,0547 0,643 0,0851 4,65 x 10-3
0,0500 0,446 0,0457 0,448 0,102 4,66 x 10-3
0,0300 0,500 0,0475 0,491 0,0967 4,60 x 10-3
0,0400 0,600 0,0523 0,594 0,0880 4,60 x 10-3
0,200 0,000 0,0204 0,0898 0,227 4,63 x 10-3
Si a partir de los valores de la concentración en equilibrio se establecen
relaciones de proporción entre el NO2 y el N2O4, una de las relaciones de
proporción [���]�/ [����] en equilibrio da una constante que en promedio es de
4,63X10-3
� = [���]�
[����] (2.1)
Donde K es una constante y el exponente 2, corresponde al coeficiente
estequiométrico dentro de la ecuación para NO2 en la reacción reversible (ver
ecuación química del sistema ����(�) ⇄ 2���(�) )
Este evento se puede aplicar para las reacciones en equilibrio, de la siguiente
manera:
Si �� + �� ⇄ �� + ��
En donde a, b, c y d son los coeficientes estequiométricos para A, B, C y D
respectivamente en la ecuación balanceada.
Entonces � = [�]� [�]�
[�]� [�]� (2.2)
Donde K es la constante de equilibrio, y corresponde a la expresión
matemática de la Ley de acción de masas, propuesta por los químicos Peter
Waage y Cato Guldberg en 1864, la cual enuncia que “a temperatura constante,
en una reacción reversible en equilibrio, una relación determinada de
17
concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K (la constante
de equilibrio)” (Chang & Goldsby, 2013).
La escritura de la expresión de la constante de equilibrio se realiza en términos
de las concentraciones de los reactivos y de los productos, y depende de la fase
en la que se encuentren las sustancias que participan en la reacción en equilibrio.
Si en la reacción participan sustancias que se encuentre en fase líquida o sólida, el
valor de la concentración de éstas no se incluye en la expresión de la constante
de equilibrio, esto debido a que no tiene cambios significativos durante el sistema
en equilibrio y termodinámicamente la actividad es 1. Con respecto a las unidades
de la constante, no se contemplan en la expresión, ya que se establece una
relación de proporcionalidad entre las concentraciones, lo que elimina las
unidades.
En cuanto a la magnitud de la constante de equilibrio, ésta informa el sentido
que se favorece energéticamente dentro de la reacción; si el valor de la constante
es mayor a 1, indica que el sistema en equilibrio favorece la formación de los
productos, mientras que si su valor es menor a 1, muestra su preferencia en la
formación de los reactantes. Finalmente, el valor de la constante de equilibrio
cambia con la temperatura del sistema, por lo que para cada temperatura
corresponde una constante.
2.3.3 Cociente de la reacción (Q).
Reconocer el estado de una reacción reversible es posible por medio del
cociente de la reacción (Q), esta magnitud es posible averiguarla a través de una
expresión matemática similar a la de la constante de equilibrio
� = [�]� [�]�
[�]� [�]� (2.3)
La diferencia con la expresión de la constante de equilibrio es que las
concentraciones de las sustancias presentes en el sistema no corresponden a las
18
concentraciones en equilibrio, por lo que a partir del valor de Q es posible
determinar el estado y evolución del sistema cuando se compara con el valor de
la constante (K). Si Q es menor que K, la reacción evoluciona hacia la derecha
(reacción directa) hasta alcanzar el equilibrio; si Q es mayor que K, la reacción
progresa hacia la izquierda (reacción inversa) para lograr el equilibrio. Cuando la
magnitud de Q es igual a K se establece que la reacción se encuentra en equilibrio.
2.3.4 La energía libre y el equilibrio químico.
Toda reacción química tiene un cambio energético denominado energía
libre de Gibbs (ΔG), que resulta de la diferencia entre la energía libre de los
productos y la energía libre de los reactivos.
�� = ���������� − ���������� (2.4)
El cambio energético de una reacción (ΔG) determina la espontaneidad de
la misma. Si ΔG < 0 la reacción ocurre de forma espontánea en el sentido de
formación de productos, mientras que si ΔG > 0 la reacción no es espontánea con
respecto a la formación de los productos.
Cuando ΔG se determina con sustancias puras con una concentración 1
molar, a 1 atmósfera de presión y a 298 K, se denomina energía libre estándar y se
expresa por ΔGº (McMurry, 2012); estas condiciones estándar en una reacción
duran un instante, debido a que a medida que ocurre la reacción la
concentración de los reactivos varía, por lo tanto, la energía libre que se determina
es ΔG en lugar de ΔGº. Tanto ΔG como ΔGº se pueden relacionar por medio de la
siguiente expresión
ΔG = ΔG° + RT . ln � (2.5)
En la que: ΔG es la energía libre en condiciones no estándar, ΔGº es la energía
libre de Gibbs estándar, R la constante de los gases ideales expresada en términos
19
de energía(8,314 J/K.mol), T la temperatura en grados Kelvin y Q el cociente de
reacción en función de las presiones parciales.
La energía libre representa una medida de la estabilidad del sistema, si ΔG es
alta el sistema es inestable, si ΔG es baja es sistema es más estable. En las
reacciones reversibles se puede establecer una relación entre la energía libre y el
equilibrio; a medida que la reacción avanza hacia el equilibrio ΔG disminuye, y a
medida que se aparta del equilibrio aumenta ΔG (Campbell & Reece, 2005).
Para un sistema en equilibrio ΔG=0 y Q=K (constante de equilibrio), por lo
tanto, para un sistema gaseoso en equilibrio si se toma la ecuación 3.4
0 = ΔG° + RT . ln � (2.6)
Al despejar ΔG° ΔG° = −RT ln � (2.7)
Y si se tiene el valor de ΔGº, la relación entre la energía libre y la constante
quedaría:
� = ����°
�� (2.8)
La ecuación 3.7 permite determinar el valor de la constante de equilibrio (K)
a una temperatura determinada.
También es posible establecer una relación entre el cociente de la reacción
(Q) y ΔG así:
∆� = ∆�° + ����� (2.9)
Si ∆� = −����� entonces
∆� = −����� + ����� (2.10)
Por lo tanto ∆� = ���� (�
�) (2.11)
Los valores de ΔG permiten establecer el sentido de la reacción que se
favorece para alcanzar el equilibrio:
20
si ∆� < 0 � < � el proceso favorece la formación de productos
si ∆� > 0 � > � el proceso favorece la formación de reactivos.
2.3.5 Factores que modifican el equilibrio químico.
Cualquier cambio en las condiciones experimentales de la reacción en
equilibrio puede modificar el balance y desplazar la posición de equilibrio. Estos
cambios pueden producirse por acción de la temperatura, la concentración de
las sustancias, la presión del sistema y el volumen. Una vez el sistema haya recibido
la perturbación en el equilibrio, éste lo asume ajustándose de tal manera que se
cancele parcialmente la perturbación hasta que el sistema nuevamente alcance
una nueva posición de equilibrio, esta regla se conoce como el principio de Le
Chatelier.
2.3.5.1 Aumento o disminución de la concentración de las sustancias en la
reacción.
En una reacción en equilibrio, cuando se perturba el sistema por la adición
de una de las sustancias (reactivos o productos), este evento es contrarrestado
desplazando la reacción en el sentido en el que sea consumida parte de la
sustancia agregada; mientras que si se elimina una de las especies el sistema, este
se mueve en el sentido en el cual se restablezca parte de la sustancia eliminada.
Es así como para el sistema NO2-N2O4, citado anteriormente (����(�) ⇄ 2���(�)), si
se adiciona N2O4 la reacción se dirigirá en el sentido directo(derecha de la
reacción) para formar NO2 y así consumir parte del N2O4 agregado; o la reacción
se desplazará hacia la izquierda (sentido inverso) si se adiciona NO2 para
contrarrestar la perturbación y alcanzar de nuevo el equilibrio. Pero, si el evento es
la eliminación de N2O4 la reacción se dirige a la izquierda (sentido inverso) con el
fin de aumentar la concentración de N2O4, o si se elimina NO2, la reacción progresa
a la derecha para recuperar parte del NO2 eliminado.
21
2.3.5.2 Cambios en la temperatura del sistema.
Cuando una reacción equilibrio tiene un incremento en la temperatura la
reacción se desplaza en el sentido en el que tenga lugar la reacción endotérmica,
de tal manera que se absorba el calor y en consecuencia disminuya la
temperatura. Si se retoma el ejemplo del sistema NO2-N2O4:
����(�) ⇄ 2���(�) ��° = +57,2 ��
se establece que un aumento en la temperatura del sistema desplaza la reacción
en el sentido de la formación de NO2 ya que en esa dirección la reacción absorbe
calor.
Como la temperatura tiene un efecto en las condiciones de un sistema en
equilibrio, también interviene en el valor de la constante de equilibrio, ya que para
cada temperatura le corresponde una constante, esta relación se expresa en la
ecuación de Vant Hoff:
ln��
��=
∆�°
� �
�
��−
�
��� (2.12)
en la que K2 y K1 corresponden a las constantes de equilibrio a T2 y T1
respectivamente, ΔHº es la entalpía estándar de la reacción directa y R es la
constante de los gases (8,31J/mol.K) (Masterton, Hurley, & Neth, 2012).
2.3.5.3 Cambios en la presión y el volumen del sistema.
Los sistemas gaseosos en equilibrio pueden tener cambios en la presión total
y por ende en el volumen: si al disminuir el volumen del sistema aumenta la presión,
la reacción asimila el cambio desplazándose en sentido que disminuya el número
total de moles de gas; mientras que si al aumentar el volumen disminuye la presión,
la reacción progresa en el sentido que aumenta el número total de moles de gas.
En el caso del sistema ����(�) ⇄ 2���(�), la reacción transcurriría en el sentido de
la formación de N2O4 ya que esto disminuye el número total de moles.
22
2.4 El enfoque histórico-epistemológico en la enseñanza
de la química
La búsqueda continua de estrategias pedagógicas que contribuyan a la
formación de los individuos y a superar dificultades que estos tengan en la
aprehensión correcta del conocimiento, ha generado que se realice un análisis del
papel del estudio de la historia en la construcción del mismo.
Para entender un poco más la importancia que puede representar el
aprendizaje de la química desde un enfoque histórico-epistemológico, es
necesario recordar que el objeto de aprendizaje de una ciencia, es que se de un
entendimiento significativo y consciente de ciertos saberes por parte de quien
recibe la instrucción. Para ello, se deben adoptar diferentes enfoques con variados
contextos y diferentes perspectivas, lo cual permite desarrollar en el estudiante un
pensamiento flexible y un aprendizaje a largo plazo y significativo (Langer, 1989).
Es así como, el estudio histórico-epistemológico de la química puede
contribuir al aprendizaje significativo y consciente, toda vez que, enseña a los
estudiantes acerca de la naturaleza de la ciencia, permite a los profesores explotar
el paralelismo entre el desarrollo del conocimiento y el desarrollo histórico de éste,
mejora el pensamiento crítico de los estudiantes y finalmente, permite a los
docentes organizar coherentemente el contenido de una temática a la vez que
facilita la integración transversal del conocimiento (Wandersee & Baudoin, 2003).
En el mismo sentido Quílez (2002), afirma que una visión histórica, aproxima al
estudiante a la naturaleza del conocimiento científico en cuanto a los problemas
planteados, los marcos teóricos que los sustentan, la interpretación de las
evidencias experimentales, la evolución y cambio de los conceptos a través del
tiempo y el contexto social y económico en el que se construyen los conceptos
científicos.
El acercamiento histórico de la ciencia en especial de la química puede
mejorar las actitudes de los estudiantes hacia esta y la comprensión de su
funcionamiento (Raviolo A. , 2007), ya que el estudio de la construcción de la
ciencia a través de la historia deja ver que el conocimiento científico es el resultado
de investigaciones que son validadas o refutadas de acuerdo a los éxitos y fracasos
23
que se tengan en estas, y son fruto de un trabajo colectivo. De igual manera
conocer los contextos en los cuales se dieron los conceptos científicos abre la
puerta para que los estudiantes reconozcan la naturaleza de la ciencia, su
evolución y las consecuencias sociales que acarrean en su formación (Quintanilla,
Izquierdo Aymerich, & Agustin., 2007) lo que permite que los educandos
encuentren el sentido y valor de la ciencia.
Un punto de vista que permite establecer la importancia del enfoque
histórico-epistemológico en los procesos de enseñanza-aprendizaje de la química
es, analizar la idea de la formación en ciencia como una serie de conceptos
expuestos, sin tener en cuenta los problemas y modelos históricos que dieron paso
a su formación. Un ejemplo de ello, ocurre en los textos de química al tratar el tema
de equilibrio químico sin citar los problemas que dieron origen a la introducción de
este concepto. Lo anterior, deja de lado que los conocimientos científicos son
teorías que surgen de unas hipótesis cuya finalidad era resolver los problemas que
se plantearon en un momento histórico (Furió-Mas, Furió-Gomez, & Solbes-
Matarredona, 2012).
Otro aspecto lo muestra Quílez (2004), cuando resalta que el conocimiento
histórico de la química puede contribuir a que los docentes comprendan las
dificultades y concepciones alternativas de los estudiantes frente a ciertas
temáticas, ya que existen similitudes entre las concepciones de estos con las de los
primeros científicos (Leite, 2002). Por lo tanto los educadores, a partir del
reconocimiento de las dificultades de los estudiantes pueden establecer
estrategias didácticas que se cimienten en la construcción histórico-
epistemológica de los conceptos, para así contribuir a la reestructuración
conceptual en los estudiantes.
Con respecto a la importancia del enfoque histórico-epistemológico en la
enseñanza del equilibrio químico, esta se puede resumir en tres aspectos; primero,
la historia puede ser el fundamento para la introducción del concepto si se utiliza
una secuencia de aprendizaje adecuada; segundo, contribuye a que el docente
cuestione las ideas de los estudiantes con respecto a que las reacciones químicas
ocurren en un solo sentido y de forma completa (Quílez J. , 2002); y tercero, le da
una visión al educador de las concepciones de los estudiantes y de la importancia
24
de replicar el trabajo experimental realizado en el siglo XIX (Quílez J. , 2007), ya que
puede representar la base para el cuestionamiento y el cambio conceptual de los
estudiantes.
2.5 Trabajo práctico y enseñanza de la química
La experimentación es un pilar fundamental en la construcción del
conocimiento de la química, ya que dio paso al desarrollo científico por medio de
la interpretación del mundo a través de la experiencia. Desde la didáctica, el
trabajo experimental cobra importancia ya que permite en los estudiantes
establecer una relación entre el mundo que les rodea y los conceptos construidos
a lo largo de la historia (Chamizo J. A., 2009). Esto ocurre, debido a que la
experimentación representa un elemento que motiva al estudiante al aprendizaje
de la química, promueve la comprensión de conceptos, desarrolla habilidades en
el manejo de instrumentos y técnicas, permite una aproximación a la indagación
científica y proporciona un medio para el desarrollo de actitudes científicas y de
trabajo en equipo (Nieto & Chamizo, 2013).
Al cumplir la experimentación un papel importante dentro del aprendizaje de
las ciencias y en especial de la química, establecer estrategias que la involucren
dentro del aula de clase sin necesidad de acudir a un laboratorio es una alternativa
didáctica para alcanzar los objetivos de la ciencia. Una manera de incluir en el
aula de clase la experimentación es por medio de trabajo experimental a menor
escala, este tipo de experimentos emplea materiales de fácil consecución como
goteros, jeringas, recipientes plásticos entre otros, que junto con pequeñas
cantidades de reactivos, son de fácil manejo para los estudiantes. Estos
experimentos son organizados en cajas (kit), con el fin de ser utilizados por los
estudiantes dentro del salón de clase, lo que permite integrar la experimentación
con otras actividades. Las cajas experimentales, al tratarse de un trabajo práctico
a menor escala, son de utilidad en la enseñanza ya que minimizan costos, ahorran
tiempo (Keshavarz & Malekzade, 2015) y son amigables con el ambiente al reducir
la cantidad de desechos. Otras bondades de desarrollar experimentos a menor
escala a través de las cajas son: permite a los docentes repetir las experiencias,
25
optimiza el tiempo de clase ya que permite hacer conferencias por parte del
profesor así como realizar actividades experimentales sobre un concepto dentro
de la misma clase, y reduce los riesgos de seguridad como resultado de la
disminución de las cantidades de reactivos empleadas en los experimentos.
Para terminar, el trabajo práctico desarrollado por medio de actividades
experimentales a menor escala propicia un cambio en la manera en la que se
utilizan las sustancias, fomenta la creatividad en el diseño de los materiales
empleados, promueve la observación detallada por parte de los alumnos,
favorece el uso de reactivos y solventes alternos, además de que los experimentos
se pueden percibir con igual nitidez y precisión que cuando se desarrollan a mayor
escala (Nieto C, García G, & González M, 2013).´
25
3. Marco histórico-epistemológico del
equilibrio químico
El desarrollo histórico-epistemológico de los sistemas en equilibrio está
directamente ligado al concepto de reacción química (Quílez, 2002), y por ende
al de afinidad química, por lo tanto partiremos del concepto de afinidad química
para llegar al de equilibrio químico.
La primera idea de afinidad química tiene una visión antropomórfica, ya que
atribuye a la simpatía o a la enemistad la interacción entre las sustancias.
Posteriormente, Alberto Magno en el siglo XIII, otorgó a la reactividad entre
sustancias el atributo de la afinidad, para ese momento se establecía que entre
mayor afinidad hay entre dos sustancias mayor es la tendencia a reaccionar entre
ellas (Quílez J. , 2006).
A principios del siglo XVIII con una mirada mecanicista, en su obra Óptica,
Newton afirma que los cuerpos están formados por partículas que se encuentran
unidas entre sí por fuerzas análogas a las fuerzas gravitatorias (Estani & Izquierdo,
1990), fuerzas que tenían diferente magnitud de acuerdo a el tipo de sustancia, y
que podían ser comparadas cuando se daban las reacciones químicas. Este
hecho llevó a la idea de la posibilidad de ser medidas dichas fuerzas. Estas fuerzas
son las afinidades que citaba Alberto Magno.
El siglo XVIII representa una etapa de la historia donde los científicos
propenden por la sistematización de la información por medio de tablas y el
establecimiento de leyes por inducción. Es así como, a partir de las investigaciones
de los químicos de la Acadèmie des Sciences y el conocimiento experimental de
los boticarios y los metalúrgicos de la época, Geoffroy en 1718 presentó la primera
tabla de afinidades (Bertomeu & García, 2006). La tabla de Geoffroy (Figura 2)
contaba con 16 columnas en las que se ubicaban las sustancias en orden
descendente de afinidad por la sustancia localizada en la primera fila de cada
una de las columnas (Bertomeu & García, 2006). Esto llevó a que, a finales de siglo,
26
la noción de afinidad estuviera consolidada para dar explicación a ciertas
reacciones químicas.
Figura 2. Table des differents rapports observés entre differentes substances.
https://culturacientifica.com/2013/10/22/pensando-la-quimica-matematicamente/
Conforme a estudios posteriores, Berthollet introdujo el factor masa de los
reactivos, y determinó que se da una afinidad química entre sustancias que
reaccionan, correspondiente a una fuerza análoga a la fuerza gravitatoria, ya que
sería directamente proporcional a la masa de las sustancias reaccionantes (Quílez,
2002).
A principios del siglo XIX, luego de una serie de hechos experimentales se
reformulan las ideas de Berthollet por parte de Gulberg y Waage. Estos científicos,
centraron sus esfuerzos por encontrar la naturaleza de la afinidad química, por lo
que establecieron que era el resultado de una fuerza química producto de las
masas activas de los reactantes. Esta mirada, la aplicaron a las reacciones
incompletas (reversibles), para lo cual establecieron que las fuerzas químicas de las
reacciones incompletas son proporcionales al producto de las masas activas de
los reactantes y el estado de equilibrio se da como resultado de una igualdad entre
fuerzas ejercidas por las reacciones opuestas, esto lo particularizaron con la ley de
27
acción de masas (modelo matemático de la constante de equilibrio).
Posteriormente a finales del Siglo XIX, Van`t Hoff abandona la idea de fuerza
química para explicar el equilibrio químico y le da una interpretación bajo el análisis
cinético. Para Van`t Hoff, en un proceso reversible, a una determinada
temperatura, el equilibrio químico se alcanza cuando la velocidad directa y la
velocidad inversa son iguales. A partir de esa mirada, estableció una expresión de
la constante de equilibrio como una relación de las constantes de velocidad
(Laidler, 1995).
A partir de los trabajos de Gulberg y Waage, también a finales del Siglo XIX,
M. Berthelot y Thomsen propusieron que una medida de la afinidad podía ser el
calor de reacción. Lo anterior, como resultado del trabajo realizado por las fuerzas
químicas en la reacción. Debido a esto, surge el principio del trabajo máximo, a
partir del cual las reacciones espontáneas liberan calor y el estado de equilibrio se
produce cuando el potencial de las fuerzas químicas ha alcanzado su valor mínimo
(Bustos, 2008).
Posteriormente, Van`t Hoff demostró que la Ley de acción de masas, coincidía con
el principio de trabajo máximo cuando las reacciones se efectuaban en el cero
absoluto. A la misma conclusión llegó Josiah Williard Gibbs entre 1873 y 1878, pero
sobre la base de lo que él llamó potenciales termodinámicos. Con ello, Gibbs
introduce la energía libre de Gibbs (∆G), como una función que da la condición
de equilibrio y de espontaneidad de una reacción. Para Gibbs un proceso en
equilibrio a una temperatura y presión contantes tendrá un valor de G=0 (Rocha A.
, 2007).
Las ideas de Van`t Hoff y Gibbs están vigentes en el Siglo XXI gracias a la mirada
termodinámica de los procesos en equilibrio, sin embargo, no se desconoce el
estudio detallado de las reacciones químicas orgánicas que se ha realizado en el
Siglo XX y principios del XXI que involucran sistemas en equilibrio.
27
4. Diseño metodológico
4.1 Contexto educativo y población
El Liceo Colombia forma parte de un sistema de nueve instituciones
educativas al servicio de las familias de oficiales, suboficiales, militares en retiro y
civiles al servicio del Ejército Nacional de Colombia. Se encuentra ubicado en la
Calle 138 No 54c-40, en el Sector de Colina Campestre en la Localidad de Suba de
la ciudad de Bogotá, con estratificación socioeconómica 3 y 4. Es una institución
pública de régimen especial de acuerdo con la Resolución No 6500 de agosto de
1994 del Ministerio de Educación Nacional.
La institución sigue el modelo de gestión de calidad EFQM (European
Foundation for Quality Managment) del cual es certificado en el nivel “Reconocido
por la Excelencia tres estrellas” (2016), por medio del cual gerencia todos los
procesos académicos y administrativos.
La población es mixta con un número de 454 estudiantes, distribuida en
educación básica primaria, básica secundaria y media vocacional en el 2016, de
los cuales 30 estudiantes corresponden al grado undécimo con edades entre los
16 y 17 años.
4.2 Tipo de investigación.
Para establecer las directrices que guían la investigación y de acuerdo con
los propósitos del proyecto plasmados en los objetivos, se estableció que la
investigación-acción permite realizar una reflexión en cuanto a la práctica
docente y a partir de ello establecer planes que introduzcan mejoras en el
quehacer pedagógico.
La investigación-acción surge en la década de los 40 con los trabajos llevados
a cabo por el psicólogo Kurt Lewin. Estos trabajos tenían como propósito resolver
problemas prácticos y urgentes, en los cuales el investigador es un agente de
cambio que trabaja en colaboración directa con las personas a quienes estaba
destinada la propuesta de intervención (Suárez, 2002).
28
En la práctica pedagógica, la investigación-acción estudia la situación
educativa para mejorarla, esto lo hace por medio de la exploración de la práctica
educativa en los escenarios reales del aula, en los cuales se investigan acciones y
eventos que son problema, que están implicados los docentes, y que pueden
modificarse por medio de una respuesta (Elliot, 1978).
La elección de la investigación-acción para el seguimiento de los procesos
de enseñanza-aprendizaje del equilibrio químico bajo el enfoque histórico-
epistemológico en estudiantes del Liceo Colombia, radica en que su propósito es
entender y mejorar la calidad del proceso educativo como se cita en (Hine, 2013,
pág. 152), en donde se investigan las acciones y situaciones problémicas de origen
pedagógico y didáctico (Elliott, 1978), las cuales son modificadas mediante
acciones concretas. Por otro lado, la investigación-acción desarrolla nuevos
conocimientos sobre el trabajo de aula en el docente, así como promueve el
pensamiento reflexivo, refuerza el vínculo entre la práctica y el logro del estudiante
(Hensen, 1996). Lo anterior, provee a los maestros de las destrezas, conocimientos
y enfoques necesarios para desarrollar investigaciones significativas que mejoren
la práctica docente (Hine, 2013), y se reflejen en la mejora del rendimiento de los
estudiantes.
Para esto, se comienza con una problemática, que en el caso particular
corresponde a las interpretaciones alternativas que pueden llegar a tener los
estudiantes sobre el equilibrio químico debido al no entendimiento y la falta de
relación entre los niveles de interpretación macroscópico y microscópico como
producto de un proceso de instrucción inapropiado. A partir de ello, se realizó una
planificación de la estrategia de aprendizaje que se desarrolló con los estudiantes
de grado undécimo del Liceo Colombia, producto del análisis de la población a la
que se le aplica la estrategia y la revisión bibliográfica sobre el desarrollo histórico-
epistemológico y la didáctica del equilibrio químico, posteriormente, se
implementó la estrategia para finalmente, hacer un registro y un análisis reflexivo
de la efectividad de esta.
29
4.2.1 Fases de la investigación.
A partir de los componentes básicos que constituyen la investigación-acción
se establecieron como fases de la investigación: la planificación, la acción, la
observación y la reflexión. La figura 3 muestra un esquema del diseño
metodológico que dirigió la investigación.
Figura 3. Esquema que representa el diseño de la metodología según los componentes de la investigación acción.
La figura 3 representa un ciclo, toda vez que conforme a la investigación-
acción este es un proceso cíclico, en el que, una vez se realice la reflexión, se
plantean ajustes que pueden llevar a un nuevo inicio a partir de los resultados. Para
efectos de esta investigación, solo se llega a la etapa de reflexión. Las nuevas
estrategias que surjan del análisis de los resultados de este proyecto no son objeto
de esta investigación.
30
4.2.1.1 Planificación.
Corresponde a cada una de las actividades establecidas para determinar los
elementos que debe tener la estrategia de enseñanza-aprendizaje, dentro de las
cuales están: la recopilación y fundamentación teórica de la investigación, la
evaluación de saberes previos de los estudiantes, establecer los contenidos que se
desarrollan dentro de la estrategia y la definición de la estrategia.
En la primera parte de la planificación, se realiza una exploración de los
trabajos desarrollados en didáctica de la enseñanza del equilibrio químico, con el
fin de establecer la importancia que implica su estudio y el establecimiento de
nuevas estrategias para el proceso de enseñanza-aprendizaje, así como también
se efectúa una revisión de los marcos teóricos que sustentan los enfoques en cada
estrategia. A partir de lo anterior, se determina seguir el enfoque histórico-
epistemológico de la ciencia para establecer la estrategia de aprendizaje.
4.2.1.1.1. Reconocer los conocimientos previos. Uno de los objetivos
planteados en el proyecto y que forma parte de la planificación, es la de
reconocer los conocimientos previos. Con el fin de establecer si los estudiantes
cuentan con los prerrequisitos para comprender el equilibrio químico o si utilizan el
conocimiento previo inapropiadamente (Quílez J. , 2009), se aplicó el test de
proposiciones rediseñado y validado por por Ravíolo, Baumgartner, Lastres y Torres
(2001) a partir del test diseñado Hackling y Garnett (1985). Este test cuestiona a los
estudiantes en lo que corresponde a: “acercamiento al equilibrio, características
del equilibrio, cambio en la concentración de un reactivo, cambio de la
temperatura del sistema, cambio del volumen del sistema y adición de un
catalizador al sistema en equilibrio” (Ravíolo, Baumgartner, Lastres, & Torres, 2001);
además de proporcionar elementos que permiten evaluar los saberes previos de
los estudiantes en lo que corresponde a cinética química, reacción química y
estequiometria de las reacciones. En este sentido, de igual manera, se tomó el test
de Raviolo (2001) como parámetro de comparación para establecer si los
estudiantes alcanzaron un avance en el aprendizaje del equilibro químico, ya que
se aplicó antes y después del desarrollo de la estrategia de aprendizaje planteada.
31
4.2.1.1.2. Determinación de los contenidos de la estrategia de aprendizaje.
Para la determinación de los contenidos de la estrategia de aprendizaje, se tuvo
como punto de partida el estudio de las temáticas que se deben trabajar dentro
del concepto de equilibrio químico, a la luz del artículo 78 de la Ley 115 de 1994
del Ministerio de Educación Nacional, el cual establece los “lineamientos
curriculares” (2016), ya que representan las orientaciones epistemológicas,
pedagógicas y curriculares que sirven como fundamentación para la planeación
de las áreas. De igual manera, se contemplaron los estándares de competencias
básicas en ciencias (2004), como referentes sobre lo que deben aprender los
estudiantes y las competencias que deben adquirir y por último, se realizó una
revisión de artículos relacionados con la evolución histórica del equilibrio químico y
las concepciones alternativas sobre el equilibrio químico en los estudiantes (Raviolo
(2003) (2005) (2007); Gonzalez (2009); Quílez ; Bertelle (2014); Sendur (2010);
Karpudewan (2015)).
4.2.1.1.3. Diseño de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. La estrategia
definida para la enseñanza-aprendizaje del equilibrio químico en estudiantes de
grado undécimo del Liceo Colombia, estuvo formada por tres sesiones, cada una
de ellas dividida en dos momentos uno de carácter experimental y el otro de
análisis y consolidación de contenidos. La parte experimental está configurada en
tres guías desarrolladas a partir de los conceptos de reacción completa, reacción
incompleta y reversibilidad de una reacción, validadas previamente a su
aplicación. Las guías fueron basadas en el material propuesto por Ghirardi,
Marchetti, Pettinari, Regis y Rolettos (2014) e incluyen un aparte de desarrollo
histórico-epistemológico del conocimiento, que sirve de base para el análisis que
hacen los estudiantes en la parte experimental e involucra micro-experimentos en
cajas didácticas sobre equilibrio desarrollados a través de la historia.
4.2.1.2 Acción-observación (aplicación de la estrategia).
Considerada como una variación cuidadosa y reflexiva de la práctica (Kemmis &
McTaggart, 1992), en este momento, luego de realizar un análisis del quehacer
pedagógico, se coloca en práctica la estrategia de enseñanza-aprendizaje
32
establecida en la planeación. La estrategia está formada por tres sesiones, cada
sesión fue desarrollada durante dos horas de clase de cuarenta y cinco minutos
cada una, con dos horas adicionales de análisis y consolidación de contenidos.
Paralelamente, se realizó un registro detallado de la ejecución de la acción,
por medio de los documentos desarrollados por los estudiantes en la clase y las
notas del diario del docente, con el fin de determinar el impacto de la estrategia.
4.2.1.3 Reflexión.
Se efectúo el análisis e interpretación de la información recolectada para obtener
evidencias de los efectos de la acción. Lo anterior para reconocer el impacto y la
efectividad de la estrategia de enseñanza-aprendizaje en los estudiantes, por
medio de la comparación de los resultados proporcionados por la aplicación del
instrumento antes y después de la intervención.
33
5. Resultados y Discusión.
Como elemento importante para establecer el cumplimiento de los objetivos
planteados dentro del proyecto, este aparte del trabajo presenta los resultados
con respecto a: la evaluación de saberes previos (objetivo 1.3.2.1), la
determinación de los contenidos de la estrategia de aprendizaje (objetivos 1.3.2.2
y 1.3.2.3), diseño y aplicación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje (objetivo
1.3.2.4) y evaluación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje (objetivo 1.3.2.5).
Posteriormente, una vez se exponen los resultados se da paso a la discusión que se
desprende de cada uno de ellos.
5.1. Resultados.
5.1.1. Reconocimiento de los conocimientos previos.
Para reconocer los conocimientos previos de los estudiantes se utilizó el test de
proposiciones de Ravíolo, Baumgartner, Lastres y Torres (2001)(Anexo A), el cual
evalúa aspectos como: la concentración de los reactantes en un sistema en
equilibrio (proposiciones 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 y 9.4), relación entre la concentración
y la velocidad de la reacción (proposiciones 10.1 y 10.2), la temperatura y la
velocidad de la reacción (proposiciones 15.1,15.2 y 15.3), presión y la velocidad de
la reacción(proposiciones 21.1, 21.2 y 21.3) y la adición de un catalizador y la
velocidad de la reacción(proposiciones 24.1 y 24.2). Los aspectos mencionados,
dan información sobre los conocimientos de los estudiantes con respecto a la
cinética química, reacción química y estequiometria de las reacciones (objetivo
2.3.2.1). El test empleado tuvo un doble propósito, en primer lugar el de reconocer
los conocimientos previos de los estudiantes y en segundo lugar, el de servir como
instrumento de análisis del cambio conceptual de los estudiantes y de la
efectividad de la estrategia al ser aplicado antes (pretest) y después de la
estrategia (pos-test) como se verá más adelante en 6.1.4.
34
5.1.1.1 Cinética de las reacciones.
5.1.1.1.1. Relación entre la concentración de los reactantes y la velocidad de
la reacción. En la proposición 10.1 el 83,3% de los estudiantes establecieron un
interpretación correcta entre la relación concentración de los reactivos vs
velocidad de la reacción, mientras que el 16,6% no lo hicieron. Por otra parte, en
la pregunta 10.2 se observa una proporción 50/50 entre los estudiantes que
interpretaron correctamente la relación concentración de los reactivos vs
velocidad de la reacción (Gráfico 1). Con los resultados de estos dos ítems se
puede afirmar que los estudiantes aunque tienen claro que existe una relación
directa entre la concentración de un reactivo y la velocidad de la reacción (10.1),
cuando se les cuestiona sobre el mismo evento pero en la reacción inversa, se
evidencia falta de claridad (10.2).
Gráfico 1. Interpretación en porcentaje de los estudiantes que establecieron la relación entre la concentración de un reactivo y la velocidad de la reacción.
5.1.1.1.2. Relación entre la temperatura y la velocidad de la reacción. En el
gráfico 2, se observa que el porcentaje de estudiantes que respondieron la
proposición 15.1 el 96,6% se equivocaron con respecto al 3,33% que contestaron
correctamente; para la proposición 15.2 el 33,3% acertaron en la respuesta,
mientras que el 66,6% respondieron incorrectamente; y finalmente en la
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10.1 10.2
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
Correcta Incorrecta
35
proposición 15.3, el 16,6% de los estudiantes establecieron acertadamente la
relación entre la temperatura y la velocidad de la reacción, así como el 83,3% se
equivocaron. Estos resultados muestran que los estudiantes no establecen una
relación entre la temperatura y la velocidad de la reacción.
Gráfico 2: Interpretación en porcentaje de los estudiantes que establecieron la relación entre la temperatura y la velocidad de la reacción.
5.1.1.1.3. Relación entre el volumen y la velocidad de la reacción. El
porcentaje de estudiantes que establecieron una correcta relación entre el
volumen y la velocidad de la reacción en la proposición 21.1 fue del 40%,
porcentaje que contrasta con el 60% que lo hicieron erróneamente; para la
proposición 21.2, el 33,3% acertaron en la relación, mientras que el 66,6% no lo
hicieron; con respecto a la proposición 21.3, el 23,3% respondieron bien, en cambio
el 76,6% se equivocaron (Gráfico 3). El registro de los resultados indica que los
estudiantes no tienen claro el efecto que tiene el cambio del volumen en la
velocidad de la reacción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
15.1 15.2 15.3
%de
de
estu
dian
tes
Proposición
Correcta Incorrecta
36
Gráfico 3: Interpretación en porcentaje de los estudiantes que establecieron la relación entre la presión y la velocidad de la reacción.
5.1.1.1.4. Relación entre la adición de un catalizador y la velocidad de la
reacción. En la proposición 24.1 el 56,6% de los estudiantes establecieron una
relación acertada entre la adición de un catalizador y la velocidad de la reacción,
con respecto a un 43,3% que no lo hicieron; en cuanto a la proposición 24.2, el 40%
de los estudiantes respondieron correctamente a la relación mientras que, el 60%
desacertaron (Gráfico 4). De ello se concluye que los estudiantes no reconocen
con claridad el efecto de un catalizador en una reacción.
Gráfico 4. Interpretación en porcentaje de los estudiantes que establecieron la relación entre la adición de un catalizador y la velocidad de la reacción.
0
20
40
60
80
100
24.1 24.2
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
Correcta Incorrecta
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
21.1 21.2 21.3
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
Correcta Incorrecta
37
5.1.1.2 Reacción química y estequiometria de las reacciones.
Al preguntarles a los estudiantes sobre los cambios de concentración de las
especies químicas que participan en la reacción cuando una de ellas aumenta su
concentración (Gráfico 5), el 53,3% de los estudiantes respondieron correctamente
en la proposición 8.2 y el 46,6% se equivocaron; el 50% de ellos acertaron en la
proposición 8.3, mientras que el otro 50 no lo hicieron; el 53,3% predijeron
correctamente la concentración en la proposición 9.1, en cambio el 46,6%
respondieron erróneamente; en la proposición 9.2 el 20% de los estudiantes
seleccionaron la respuesta correcta y el 80% eligieron la incorrecta, lo mismo ocurre
en la proposición 9.3 donde el 20% acertaron y el 80% registraron desaciertos.
Finalmente, en la proposición 9.4, el 46,6 % indicaron la concentración
correctamente y el 53,3% no. Estos resultados señalan que los estudiantes no
establecen una relación estequiometria correcta en el evento que se modifique la
concentración de una de las especies químicas en la reacción.
Gráfico 5. Interpretación en porcentaje de los estudiantes que establecieron la concentración de las especies químicas que participan en una reacción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 9.4
% d
e es
tudi
ante
s
Preguntas
Correcta Incorrecta
38
5.1.2. Determinación de los contenidos de la estrategia de
aprendizaje.
Una vez realizada la revisión documental (artículos histórico-epistemológicos sobre
equilibrio químico, lineamientos curriculares en ciencias y estándares de
competencia en ciencias), se diseñó una tabla en la que se relacionó el estándar,
la competencia, las acciones de pensamiento y los contenidos para la temática
de equilibrio químico (Tabla 2) los cuales sirvieron de base para determinar aquellos
pertinentes dentro de la estrategia.
Tabla 2 Contenidos específicos del tema equilibrio químico
ESTÁNDAR COMPETENCIA ACCIONES DE PENSAMIENTO
CONTENIDOS
Relaciona la estructura de las moléculas orgánicas e inorgánicas con sus propiedades físicas y químicas y su capacidad de cambio químico
“Capacidad para reconocer y diferenciar fenómenos, representaciones y preguntas sobre estos fenómenos”. “Capacidad para construir y comprender argumentos, representaciones o modelos que den razón de fenómenos”. “Disposición para aceptar la naturaleza abierta, parcial y cambiante del conocimiento”.
Realiza cálculos cuantitativos en cambios químicos. Identifica condiciones para controlar la velocidad de cambios químicos. Caracteriza cambios químicos en condiciones de equilibrio.
Reversibilidad de las reacciones. Sistemas en equilibrio químico. Concentraciones de las sustancias en un sistema en equilibrio. Velocidad de reacción de avance e inversa en un sistema en equilibrio. Constante de equilibrio. Asimilación de un cambio en un sistema en equilibrio: principio de L`Chatelier.
Para la estrategia se establecieron los contenidos: equilibrio químico,
concentraciones de las sustancias en un sistema en equilibrio, velocidad de
reacción de avance e inversa en un sistema en equilibrio y asimilación de un
cambio en un sistema en equilibrio, todos ellos a partir de la perspectiva de los
conceptos de reacción completa, reacción incompleta y reversibilidad de una
reacción.
39
Acorde con el objetivo 1.3.2.3, dentro de la revisión documental, también se
realizó una exploración del trabajo experimental desarrollado por los científicos a
través de la historia con respecto al equilibrio químico, con el propósito de incluir
algunas de las reacciones dentro de la estrategia de enseñanza-aprendizaje. La
consolidación de este trabajo se registra en la tabla 3.
Tabla 3 Conceptos desarrollados a partir del trabajo experimental Siglos XVIII y XIX
Concepto Trabajo experimental Científico(s)
Reacción reversible Equilibrio entre fuerzas antagónicas
Obtención del nitrato de potasio puro por múltiples recristalizaciones (Wisniak, 2000)
Berthollet 1789
Reacción reversible
����� + ����� → ����� + ������ Berthollet 1798 Factor masa de los reactivos
Reacción reversible
Reacción (Van Driel, de Vos, & Verloop, 1998) (Connor, 1991)
����(��) + ����
(��) ⇄ �������(��)
Gladstone 1855-1859
Velocidad de las reacciones
Reacciones de esterificación ácido acético + etanol ⇄ acetato de etilo + agua
Berthelot y Saint Gilles 1862
Reacciones parciales
�����(��) ⇄ ���(��) + ���(��)
Pfaundler 1867
Reversibilidad de la reacción
����(�) ⇄ ����(�) Playfair y Wanklyn
A partir de la información verificada y por sugerencia de autores como
(Raviolo A. , 2007) (Quílez J. , 2007), se estableció que una de las reacciones
pertinentes correspondería a la de ión tiocianato (SCN-) con el ión hierro (III) (Fe3+).
Las demás reacciones registradas en la tabla, no se contemplan debido a que en
algunas de ellas, el tiempo de reacción no permitiría hacer una retroalimentación
dentro de la misma sesión; para las otras, no son evidentes los cambios
macroscópicos que se dan en ellas para los estudiantes, o como es el caso del
tetraóxido de dinitrógeno, no se utilizó debido a que se buscaba que los
estudiantes tuvieran el manejo directo de las sustancias, por lo tanto, utilizar las
sustancias en disolución acuosa era más sencillo.
40
5.1.3. Diseño y aplicación de la estrategia de enseñanza-
aprendizaje.
La estrategia se organizó en tres sesiones cada una con dos momentos: uno de
trabajo experimental y otro de análisis y consolidación de contenidos sobre la
temática del equilibrio químico (Figura 4).
Figura 4. Esquema que muestra la composición de las sesiones en la estrategia.
5.1.3.1. Trabajo experimental.
Se elaboraron tres guías de trabajo grupal acompañadas cada una de una caja
de micro-experimentos (caja didáctica). La estructura para las guías es la siguiente
(Ver ejemplo en Anexo B):
Encabezado: en éste se registró el título de la actividad, el eje temático, las
competencias a desarrollar y los objetivos de aprendizaje.
41
Componente histórico: titulado “Construcción del conocimiento a través de
la historia”, en este aparte se mostró a los estudiantes el trabajo científico
realizado en los siglos XVIII y XIX en la construcción de las bases conceptuales
sobre el tema de equilibrio químico. Este componente a la vez, sirvió de
base para que los estudiantes analizaran los procesos ocurridos en la parte
experimental y sacaran conclusiones a partir de ello.
Actividad experimental: contiene reacciones químicas realizadas por los
científicos a través de la historia . En cada guía las reacciones fueron
seleccionadas intencionalmente para llevar al estudiante a la construcción
de conceptos estructurantes para el equilibrio químico.
Figura 5. Imágenes de estudiantes realizando el trabajo experimental en una de las sesiones.
- Guía 1: reacción completa (Anexo B).
- Guía 2: reacción incompleta (Anexo C).
- Guía 3: reversibilidad de la reacción (Anexo D).
Los análisis realizados por los estudiantes dentro de cada una de las guías se
encuentran en el anexo E. En los escritos se evidenció que los estudiantes
establecieron conclusiones en cada una de las sesiones, a partir de la relación que
establecieron entre lo desarrollado en los experimentos y el componente histórico
que se encontraba en cada una de las guías.
42
5.1.3.2. Análisis y consolidación de contenido.
Este momento fue complementario al trabajo experimental de las guías, aquí se
retomó el componente histórico-epistemológico plasmado en estas para hacer el
análisis y consolidación de los contenidos.
- Para la guía 1. A partir de la reacción realizada por los estudiantes en la
parte experimental, se estableció una discusión sobre el concepto de
reacción completa, evidencias que permiten identificar una reacción
química, estequiometria de la reacción y elementos básicos de cinética
por medio de ejemplos complementarios. Esta sesión sirvió de apoyo
para retomar las temáticas evaluadas en la parte de saberes previos ya
que se identificó que un porcentaje de los estudiantes tenía dificultades
en el aprendizaje de estas.
- Para la guía 2. Por medio de las conclusiones obtenidas por los
estudiantes (Anexo E) y la reacción química desarrollada en la guía, se
trabajó la consolidación de los conceptos mediante una discusión con
los estudiantes sobre reacción incompleta (reversible), concentración de
las sustancias en una reacción reversible en equilibrio y velocidad de
reacción de avance e inversa en un sistema en equilibrio.
- Para la guía 3. Se realizó un análisis y discusión con los estudiantes a partir
de la reacción ejecutada en la guía, en donde se abordó el concepto
de constante de equilibrio y el de principio de LChatelier. En este
momento se realizaron ejercicios que involucraron reacciones químicas
diferentes a la realizada en la guía 3, con datos sobre las
concentraciones de las especies químicas que participaron en ellas.
5.1.4 Evaluación de la estrategia de enseñanza-aprendizaje.
Con el fin de monitorear el proceso de aprendizaje de los estudiantes una vez se
aplicó la estrategia, se utilizó como instrumento de evaluación el test de
proposiciones de Ravíolo, et al (2001)(ver Anexo A), el cual se aplicó antes y
después de la estrategia para verificar el cambio conceptual en los educandos y
43
establecer la eficacia de la misma. Este test, expone al estudiante a la reflexión de
ciertas situaciones dadas para la reacción 2��(�) + ���(�) ⇄ 2����(�) ��º < 0
en donde el educando debe resolverlas seleccionando la palabra correcta en la
proposición.
Los resultados para los ítems del test, son presentados por grupos de eventos de la
siguiente manera: acercamiento al equilibrio químico, características del equilibrio
químico, cambio de volumen del sistema y adición de un catalizador al sistema en
equilibrio e indican el porcentaje de estudiantes que acertaron en cada una de
las proposiciones. Lo anterior, con el fin de presentar la discusión de los resultados
más adelante, mediante el mismo esquema y así establecer aquellos eventos en
los cuales los estudiantes presentan fortalezas o dificultades dentro de la temática
del equilibrio químico.
5.1.4.1 Acercamiento al equilibrio.
En este aparte del documento se registraron las respuestas dadas por los
estudiantes al analizar las siguientes situaciones:
“Al poner en contacto los reactivos:
1.1 La concentración de NOCl (aumenta, decrece, no cambia).
1.2 La concentración de NO (aumenta, decrece, no cambia)
1.3 La concentración de Cl2 (aumenta, decrece, no cambia)
2.1 La velocidad de la reacción directa (aumenta, decrece, no cambia) cuando las concentraciones
de reactivos decrece.
La velocidad de la reacción inversa es inicialmente cero.
2.2 La velocidad de la reacción inversa (aumenta, decrece, no cambia) cuando las concentraciones
de los productos aumentan.”
En la proposición 1.1, el porcentaje de estudiantes que acertaron es del 93%
en el pretest pasando a un 97% en el postest; para la proposición 1.2, en el pretest
el 90% de los estudiantes completaron correctamente la proposición, mientras que
en el postest lo hicieron el 100%; en el ítem 1.3, el 87% respondieron acertadamente
la proposición en el pretest y el 100% en el postest; en la proposición 2.1, el 53% la
completaron correctamente en el pretest y el 93% en el postest; y para el ítem 2.2,
el 50% de los estudiantes acertaron en el pretest con respecto al 93% de estudiantes
en el postest ( Gráfico 6). Los resultados muestran que después de la estrategia los
estudiantes establecen correctamente las relaciones de concentración de las
44
sustancias en la reacción así como determinan acertadamente el
comportamiento de la velocidad directa e inversa.
Gráfico 6. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con el acercamiento al equilibrio.
5.1.4.2 Características del equilibrio químico.
Para este evento se expusieron los siguientes ítems para que fuesen resueltos por
los estudiantes:
“3. Después que se ha alcanzado el equilibrio las concentraciones de todas las especies presentes
(aumentan, decrecen, no cambian) con el tiempo.
4. En equilibrio las concentraciones de los reactivos y productos están relacionados por la ley de
equilibrio.
Kc= ---------------------------------
5.1 Una constante de equilibrio alta indica que las concentraciones en el equilibrio de los productos
son (altas, bajas, iguales) con respecto a las concentraciones de los reactivos.
5.2 Una baja constante de equilibrio indica que las concentraciones de equilibrio de los productos
son (altas, bajas, iguales) con respecto a las concentraciones de los reactivos.
6.1 En el equilibrio las reacciones directa e inversa (dejan de ocurrir, continúan ocurriendo).
6.2 En el equilibrio las reacciones directa e inversa tienen (mayores, menores e iguales) velocidades.”
En la proposición 3 se observa que en el pretest, el 46,6% responden
correctamente mientras que en el postest lo hacen el 100%; en el ítem 4, ninguno
de los estudiantes aciertan en el pretest, en cambio el 80% lo resuelven de manera
correcta en el postest; para el numeral 5.1, en el pretest el 20% respondieron
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
45
correctamente, y el 93,3% en el postest; en el ítem 5.2, el 33,3% de los estudiantes
aciertan en el pretest mientras que en el postest el 93,3%; para la proposición 6.1,
en el pretest el 80% de los estudiantes contestan correctamente y en el postest el
96,6%; y finalmente, para el numeral 6.2, el 46,6% aciertan en el pretest frente al
93,3% del postest (Gráfico 7). Las respuestas dadas por los estudiantes en este
evento muestran que la mayoría de los estudiantes identifican claramente las
características del equilibro químico.
Gráfico 7. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con las características del equilibrio químico.
5.1.4.3 Cambio de las condiciones de equilibrio.
Este evento es evaluado a partir del ítem:
“7. Principio de Le Chatellier. Si un sistema en equilibrio se le realiza un cambio en sus
condiciones, el sistema se ajusta para restablecer el equilibrio de forma tal que
parcialmente (refuerza, contrarresta) el cambio impuesto.”
En la proposición 7 el 83% de los estudiantes aciertan en el pretest, mientras
que en el postest lo hacen el 100% (Gráfico 8). Una vez se aplicó la estrategia se
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
3 4 5.1 5.2 6.1 6.2
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
46
observa que los estudiantes reconocen acertadamente como asimila el cambio
en las condiciones de equilibrio una reacción.
Gráfico 8. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con el cambio de las condiciones de equilibrio.
5.1.4.4 Cambio de la concentración de un reactivo.
Las proposiciones que sirvieron para determinar la efectividad de la estrategia de
enseñanza-aprendizaje en este evento fueron:
“Después que el equilibrio ha sido alcanzado, la concentración de NO es instantáneamente
incrementada a volumen y temperatura constante.
8.1 Las concentraciones cambian de forma tal de contrarrestar parcialmente el cambio impuesto: un
incremento en la concentración de NO. Así el sistema se ajusta para (aumentar, reducir, no cambiar)
la concentración de NO.
8.2 Las concentraciones de NO y de Cl2 (aumentan, decrecen, no cambian).
8.3 La concentración de NOCl (aumenta, decrece, no cambia).
9. Cuando un equilibrio se ha restablecido:
9.1 La concentración de NO será (mayor, menor, igual) que su valor modificado.
9.2 La concentración de NO será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
9.3 La concentración de Cl2 será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
9.4 La concentración de NOCl será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
10. Cuando la concentración de NO es incrementada:
10.1 la velocidad de la reacción directa instantáneamente (aumenta, disminuye).
10.2 la velocidad de la reacción inversa inicialmente no cambia y gradualmente (aumentará,
disminuirá).
11. Cuando el equilibrio se restablezca:
11.1 las velocidades de las reacciones directa e inversa serán (iguales, distintas) entre sí.
11.2 las velocidades de las reacciones directa e inversa serán (mayores, menores, iguales) que en el
equilibrio inicial.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PRETEST POSTEST
% d
e es
tudi
ante
s
Proposición No. 7
47
12. Cuando el equilibrio se restablezca la constante de equilibrio es (igual, distinta) que bajo las
condiciones iniciales.”
El gráfico 9 indica que en el ítem 8.1, el 40% de los estudiantes aciertan en el
pretest y en el postest 93,3%; la proposición 8.2 muestra que en el pretest el 53% de
los estudiantes responden correctamente, y en el postest este porcentaje llega al
83%; para el ítem 8.3, en el pretest el 50% aciertan y en el postest el 93,3%; en la
proposición 9.1, se observa que el porcentaje de estudiantes que aciertan en el
pretest es del 53% y en el postest el 97%; en el numeral 9.2, el 20% de los estudiantes
responden correctamente en el pretest y el 90% lo hacen en el postest; en el ítem
9.3, el 20% aciertan en el pretest y el 93,3% en el postest; para la proposición 9.4, el
46,6% de los estudiantes responden correctamente en el pretest, mientras que en
el postest lo hacen el 93,3%; en el numeral 10.1, en el pretest 83,3% aciertan y el
100% en el postest; para el ítem 10.2, responden correctamente en el pretest el 50%
y en el postest el 90%; en el numeral 11.1, el 66,6% de los estudiantes resuelven la
proposición correctamente en el pretest y para el postest el 93,3%; para el ítem
11.2, el 36,6 % aciertan en el pretest y 93,3% en el postest; y en la proposición 12, el
43,3% responden acertadamente en el pretest, mientras que el 86,6% lo hacen el
postest. El gráfico 9 presenta claramente que una vez los estudiantes trabajaron la
temática a través de la estrategia reconocen como ocurren los cambios de
concentración de las sustancias en los sistemas en equilibrio que han sido
modificados.
Gráfico 9. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con el cambio de la concentración de un reactivo.
0
20
40
60
80
100
8.1 8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 9.4 10.1 10.2 11.1 11.2 12
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
48
5.1.4.4 Cambio de temperatura del sistema.
Este evento es evaluado a partir de las siguientes proposiciones:
“Después que el equilibrio se ha alcanzado la temperatura es instantáneamente incrementada a la
presión constante.
13.1 Las concentraciones cambiarán de forma tal de parcialmente contrarrestar el cambio impuesto:
un incremento en la temperatura. Así el sistema se ajusta para favorecer la reacción (exotérmica,
endotérmica).
13.2 La concentración de NO y la del Cl2 (aumentan, decrecen, no cambian).
13.3 La concentración de NOCl (aumenta, decrece, no cambia)
14. Cuando el equilibrio se restablezca:
14.1 La concentración de NO será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
14.2 La concentración de Cl2 será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
14.3 La concentración de NOCl será (mayor, menor, igual) que su valor en el equilibrio inicial.
15. Cuando la temperatura se incremente:
15.1 La velocidad de la reacción directa (aumentará, disminuirá, no cambiará).
15.2 la velocidad de la reacción inversa (aumentará, disminuirá, no cambiará),
15.3 la velocidad de la reacción inversa será (más grande, más pequeña, igual) que la velocidad de
la reacción directa.
16. Cuando el equilibrio se restablezca:
16.1 las velocidades de las reacciones directa e inversa serán (iguales, distintas),
16.2 las velocidades de las reacciones directa e inversa serán (mayores, menores, iguales) que en el
equilibrio inicial.
17 Cuando el equilibrio se ha restablecido la constante de equilibrio es (mayor, menor, igual) que
bajo las condiciones iniciales.”
El gráfico 10, muestra que en el ítem 13.1, el 33% de los estudiantes responden
correctamente en el pretest y el 87% en el postest; para el numeral 13.2, en el
pretest el 30% aciertan mientras que en el posteste lo hace el 90%; en la proposición
13.3, el 10% responden de manera acertada en el pretest y el 83% de los estudiantes
en el postest; en el ítem 14.1, el 30% aciertan en el pretest y el 90% en el postest; la
proposición 14.2, indica que el 30% en el pretest acertaron mientras que el 90% lo
hicieron en el postest; para el ítem 14.3, en el pretest el 10% acertaron y el 7% en el
postest; en el numeral 15.1, el gráfico muestra que en el pretest el 3% responden
correctamente y en el postest el 83%; para el ítem 15.2 acertaron en el pretest el
33% y el 83% en el postest; para el numeral 15.3, el 17% de los estudiantes acertaron
en el pretest, mientras que en el postest lo hicieron el 90%; en el ítem 16.1, el 60%
aciertan en el pretest y en el postest el 100%; para la proposición 16.2, el 33%
responden correctamente en el pretest y 97% en el postest; y en el ítem 17, el
grafico muestra que el 7% aciertan en el pretest y el 97% hacen lo mismo en el
postest. Los resultados muestran que los estudiantes identifican claramente los
49
cambios que se dan en la concentración de las sustancias al ocurrir un incremento
en la temperatura del sistema, sin embargo en el ítem 14.3, los estudiantes se
equivocan al predecir la concentración, posiblemente por la dificultad de
determinar la concentración en el equilibrio inicial.
Gráfico 10. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con el cambio de temperatura del sistema.
5.1.4.6 Cambio del volumen del sistema.
Para este evento, las proposiciones que sirvieron de referencia en el trabajo son:
“Después que el equilibrio ha sido alcanzado, se disminuye el volumen del sistema a temperatura
constante.
18. Las concentraciones de todas las especies gaseosas en el sistema instantáneamente (aumentan,
disminuyen, no cambian).
19.1 Las concentraciones cambian de forma tal para parcialmente contrarrestar el cambio impuesto
(un incremento en las concentraciones de las especies gaseosas). Así el sistema se ajusta para
favorecer la reacción que produce (mayor, menor) número de partículas gaseosas.
19.2 La concentración de NOCl (aumenta, decrece, no cambia),
19.3 La concentración de NO y las concentración del Cl2 (aumentarán, decrecerán, no cambian).
20. Cuando el equilibrio se restablece:
20.1 La concentración de NO será (mayor, menor, ¡gual) que su valor modificado,
20.2 La concentración del Cl2 será (mayor, menor, igual) que su valor modificado,
20.3 la concentración de NOCl será (mayor, menor, igual) que su valor modificado.
21. Cuando el volumen decrece:
21.1. la velocidad de la reacción directa (aumenta, decrece, no cambia),
21.2 la velocidad de la reacción inversa (aumenta, decrece, no cambia),
0
10
20
30
40
50
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90
100
13.1 13.2 13.3 14.1 14.2 14.3 15.1 15.2 15.3 16.1 16.2 17
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
50
21.3 la velocidad de la reacción directa será (mayor, menor, igual) que la velocidad de la reacción
inversa.
22. Cuando el equilibrio se ha restablecido:
22.1 las velocidades de las reacciones directa e inversa son (iguales, distintas),
22.2 las velocidades de las reacciones directa e inversa serán (mayores, menores, iguales) que en el
equilibrio inicial.
23. Cuando el equilibrio se restablece, la constante de equilibrio es (igual, distinta) que en las
condiciones iniciales.”
Las respuestas plasmadas por los estudiantes para cada una de las
proposiciones anteriores permiten establecer que:
El ítem 18, indica que en el pretest el 43,3% de los estudiantes responden
correctamente y en el postest el 93,3%; para el ítem 19.1, el 20% de los estudiantes
aciertan en el pretest mientras que el postest el 70%; en la proposición 19.2, el 43%
aciertan en el pretest y el 90% en el postest; el ítem 19.3, muestra que el 36,6% de
los estudiantes completan correctamente la proposición en el pretest y en el
postest el 93,3%; para el ítem 20.1, el 37% aciertan en el pretest y el 57% en el postest;
en el numeral 20.2, el 27% responden correctamente en el pretest y en el postest el
60%; el ítem 20.3, muestra que en el pretest el 43% de los estudiantes aciertan y el
postest el 90%; en la proposición 21.1, el 40% de los estudiantes aciertan en el pretest
mientras que en el postest lo hicieron en un 100%; para el ítem 21.2, se observa que
el 30% completan la proposición acertadamente en el pretest y en el postest el
90%; en el numeral 21.3, aciertan el 23% en el pretest mientras que en el postest el
87%; en el ítem 22.1, el 53% contestan correctamente en el pretest y en el postest
el 97%; en el numeral 22.2, el 23% aciertan en el pretest y el 97% en el postest;
finalmente, en el ítem 23, el porcentaje de estudiantes que acertaron fue del 23%
en el prestest y para el postest fue del 67% (Gráfico 11). Aquí se observa en los ítems
20.1 y 20.2 que existe dificultad por parte de los estudiantes de establecer con
certeza la concentración de las sustancias una vez se ha alcanzado el equilibrio.
Las interpretaciones hechas por los estudiantes en los ítems permiten
identificar que, estos establecen acertadamente la relación entre el volumen y la
concentración de las sustancias en una reacción reversible, pero tienen dificultad
al establecer la misma relación cuando el sistema ha alcanzado el equilibrio.
51
Gráfico 11. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con el cambio de volumen del sistema.
5.1.4.7 Adición de un catalizador.
Las proposiciones que sirvieron de referencia en la evaluación de la estrategia en
este evento son:
“Después que el equilibrio ha sido alcanzado se adiciona un catalizador al sistema, a temperatura constante. 24.1 la velocidad de la reacción directa (aumenta, disminuye, no cambia), 24.2 la velocidad de la reacción inversa (aumenta, disminuye, no cambia), 24.3 las velocidades de la reacción directa e inversa son (iguales, distintas) entre sí. 25.1 la concentración de NO (cambia, no cambia), 25.2 la concentración de Cl2 (cambia, no cambia) 25.3 la concentración de NOCl (cambia, no cambia) 26. La constante de equilibrio es (igual, distinta) que bajo las condiciones iniciales.”
En el gráfico 12, se muestra que en el ítem 24.1, el 45% de los estudiantes
responden correctamente en el pretest mientras que en el postest lo hicieron el
93%; para el numeral 24.2, el 32% aciertan en el pretest y en el postest el 97%; en el
ítem 24.3, el 34% contestan correctamente en el pretest y en el postest el 93%; en
la proposición 25.1, los estudiantes que acertaron en el pretest fue de 26% y para
el postest del 97%; para el ítem 25.2, el 24% acertaron en el pretest y el 97% en el
postest; en el numeral 25.3, el porcentaje de estudiantes que respondieron
correctamente fue del 32% en el pretest y del 97% en el postest; y en el ítem 26, el
0
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30
40
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90
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18 19.1 19.2 19.3 20.1 20.2 20.3 21.1 21.2 21.3 22.1 22.2 23
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
52
26% de los estudiantes acertaron en el pretest mientras que en el postest fue del
93%. Las respuestas de los estudiantes evidencian que los estudiantes identifican
claramente la relación entre el catalizador y la concentración de las sustancias así
como el efecto de éste en la velocidad directa e inversa en la reacción en
equilibrio.
Gráfico 12. Porcentaje de estudiantes que completaron correctamente las proposiciones relacionadas con la adición de un catalizador.
5.2 Discusión
5.2.1. Reconocimiento de los conocimientos previos.
Los conocimientos previos de los estudiantes representan un elemento de
anclaje para los nuevos conocimientos y una condición para que se dé un
aprendizaje significativo (Campanario & Otero, 2000) (Ausubel, Novak, & H, 1983).
Sin embargo, estos conocimientos algunas veces no son correctos debido a la
interpretación intuitiva (Moncaleano R, 2008) que hacen los estudiantes de estos
en el momento de su aprendizaje. En este sentido, la interpretación intuitiva puede
establecer conocimientos previos que pueden ser inconexos y a veces
contradictorios, cuando se da una explicación al mismo fenómeno con puntos de
0
10
20
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60
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90
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24.1 24.2 24.3 25.1 25.2 25.3 26
% d
e es
tudi
ante
s
Proposiciones
PRETEST POSTEST
53
vista inconsistentes entre sí (Pozo & Carretero, 1987) (Pinto & Aliberas, 1996)
(Campanario & Otero, 2000).
En el presente estudio, se evidencian algunos aspectos de relevancia en el
proceso llevado a cabo con los estudiantes de grado undécimo del Liceo
Colombia, alrededor de temas como reacción química, estequiometria de las
reacciones y cinética química, los cuales se pudieron resumir en:
- El reconocimiento por parte de los estudiantes de simbología propia de las
reacciones químicas y la realización de predicciones que involucren relaciones
estequiometricas, esto, en el caso de las reacciones en un solo sentido (reacción
directa).
- La falta de claridad de conceptos como la reacción inversa y la imposibilidad de
predicciones alrededor de la cinética y las relaciones estequiometricas que se dan
en esta.
- Aunque, un poco más de la mitad de los estudiantes realizaron una correcta
relación entre la concentración de los reactantes y la velocidad de la reacción y
la influencia de un catalizador en la misma (en el caso de la reacción directa),
tienen dificultades en analizar cómo la temperatura y el volumen intervienen en la
rapidez. Lo anterior, posiblemente porque los estudiantes dejan de lado la entalpia
de la reacción en el caso de la temperatura y porque al tratarse de un sistema
gaseoso, tienen dificultad en asociar el modelo macroscópico de la materia con
el microscópico en el caso de la presión.
El anterior análisis determinó que los estudiantes no contaban con los
conocimientos previos que permitieran una articulación apropiada con los nuevos
conocimientos sobre equilibrio químico. Por lo tanto, se hizo necesario que en la
estrategia de enseñanza-aprendizaje se incluyera una actividad para superar esta
dificultad.
En este sentido, en la construcción del conocimiento es importante la
presencia de conocimientos previos, ya que los estudiantes aprenden sobre la
base de lo que ya conocen. Lo anterior lo señala Ausubel, Novak & H (1983),
54
cuando afirmar que, al incorporarse nueva información, se activa en la mente los
conocimientos relacionados con esta, se establecen conexiones y le dan un nuevo
sentido a la información en función del conocimiento pre-existente.
Investigaciones realizadas en las últimas cuatro décadas han indicado que
los estudiantes llegan a las clases de ciencias con ideas pre-instruccionales sobre
fenómenos y conceptos que se aprenden y que no están en concordancia con las
opiniones científicas. Estas ideas a su vez, están consolidadas en la mente y a
menudo son resistentes al cambio, así como no siempre son producto de una
construcción por parte del alumno ya que algunas veces son representaciones
internas construidas a partir de representaciones externas de otras personas como
profesores o autores de textos (Martínez D, 1998).
Por otra parte, en muchas ocasiones los esquemas previos de los alumnos no
son suficientemente precisos, completos ni ajustados a la realidad, por lo que se
pueden manifestar en forma de errores cuando se definen conceptos o se
resuelven problemas, por lo tanto, es habitual emplear una prueba o examen de
conocimientos previos al principio de cualquier estrategia (Martínez D, 1998).
Para finalizar, es importante resaltar que existe un paralelismo entre muchas
de las ideas previas de los educandos y algunas teorías desarrolladas a través de
la historia generalmente pre-científicas, un ejemplo de ello se presentó cuando se
dieron las concepciones espontáneas sobre el movimiento y la gravedad
(Whitaker, 1983) (Pozo & Carretero, 1987).
5.2.2. Determinación de los contenidos de la estrategia de
aprendizaje.
El análisis histórico de la ciencia y de su epistemología permite al educador
visualizar los obstáculos epistemológicos que pueden darse en el proceso de
instrucción y a partir de ello determinar los contenidos de enseñanza que se
desarrollan en la estrategia (Gagliardi, 1988). Por eso, la investigación parte de la
revisión de la literatura, para identificar los obstáculos epistemológicos que han
persistido a través de la historia en el aprendizaje del equilibrio químico y a partir de
55
ello, determinar los conceptos fundamentales que se incluyen en las actividades
de la estrategia y sirven en la introducción y consolidación del aprendizaje del
equilibrio químico.
Es importante destacar que en el estudio de los artículos (Raviolo (2003)
(2005) (2007); González (2009); Quílez ; Bertelle (2014); Sendur (2010); Karpudewan
(2015)), se encontraron aspectos en común que los autores resaltan como
concepciones que presentan los estudiantes en el aprendizaje del equilibrio y que
Raviolo (2007, pág. 418) a su vez, cita como razonamientos similares al de los
científicos del Siglo XIX.
Estos razonamientos, Raviolo los resume de la siguiente manera:
Se produce un conflicto al reconocer las reacciones que no se completan,
debido a la concepción de que las reacciones químicas son completas;
Necesidad de examinar la idea de que las moléculas de una misma especie
son idénticas;
Suposición de que dos reacciones opuestas continúan ocurriendo con el fin
de explicar la conversión incompleta;
Atribución de un carácter estático al equilibrio producto de la concepción
del equilibrio como una igualación de fuerzas;
Consideración del equilibrio como un fenómeno pendular, en el que primero
se completa la reacción directa para darle paso a la reacción inversa;
Confusión entre cantidad y concentración de las sustancias;
Asimilan la respuesta de un sistema en equilibrio cuando ocurre una
perturbación como una situación análoga a la tercera ley de newton,
acción-reacción;
Concepción de que el catalizador influye en las cantidades de las
sustancias presentes en el equilibrio.
Estos razonamientos, sirven como evidencia de la importancia de realizar una
introducción apropiada de conceptos estructurantes que generen un cambio
conceptual, de manera que sirvan de base para la apropiación de nuevos
56
conceptos relacionados con el equilibrio químico. Quílez (2007, pág. 2), cita como
ideas básicas en la introducción de la enseñanza del equilibrio químico los
conceptos de reacción incompleta, reversibilidad, equilibrio dinámico y constante
de equilibrio (Van Driel, de Vos, & Verloop, 1998). Estos conceptos citados por
Quílez, al estar alineados con los lineamientos curriculares del Ministerio de
Educación Nacional, los estándares en ciencias y el desarrollo histórico-
epistemológico del equilibrio químico, fueron incluidos dentro de los contenidos de
las sesiones que formaron la estrategia de enseñanza, ya que se consideran
estructurantes en la comprensión epistemológica del equilibrio químico.
5.2.3. Diseño, aplicación y evaluación de la estrategia de
enseñanza-aprendizaje.
Los hallazgos dentro del estudio, destacan la importancia de la planeación
de estrategias intencionadas para superar las debilidades encontradas en las
actividades pre-conceptuales. Sin embargo, es necesario dar continuidad a dichos
procesos, dado que, la investigación concerniente con la calidad de la enseñanza
ha mostrado que una única intervención (como abordar los saberes previos de los
estudiantes) no acarrea mejores resultados (Baumert & Kôler, 2000). La instrucción
de calidad es el resultado de varios métodos y estrategias orquestados
intencionalmente que son eficientes si se integran en un entorno conceptual (Oser
& Baeriswyl, 2001).
Un punto de partida es establecer estrategias que lleven a un cambio
conceptual de los estudiantes y que además involucren el punto de vista
epistemológico. La estrategia planteada para la apropiación del equilibrio dentro
de un enfoque-histórico epistemológico fue diseñada a partir de un estudio de la
construcción del conocimiento teórico y experimental en los siglos XVIII y XIX, con
actividades empíricas que llevaran a los estudiantes a la construcción de nuevos
conceptos a partir de la reestructuración y modificación de los que están
establecidos en su mente. Investigaciones individuales presentan pruebas
convincentes que indican que el diseño instruccional dirigido a un cambio
conceptual es más eficiente en los resultados cognitivos que aquellos que no
57
tienen ese objetivo (Guzetti, Snyder, Glass, & Gamas, 1993) (Wandersee, Mintzes, &
Novak, 1994) (Bryce & MacMillan, 2005) (Piquette & Heikkinen, 2005) (Treagust &
Duit, 2008).
Por otro lado, la práctica docente habitual prescinde de la historia en la
ciencia y la muestra como el resultado de un trabajo individual con una única
verdad, visión que deforma la actividad científica, y a la vez hace que los
estudiantes construyan y reconstruyan un concepto desfigurado de la ciencia
(Solbes & Traver, 1996) (Gallego & Pérez, 1999).
Dentro de la estrategia, se incluyó el componente histórico como elemento
introductorio para dar a conocer a los estudiantes los problemas que se dieron en
la construcción del conocimiento, las implicaciones que tuvieron en la comunidad
científica la formulación de teorías y modelos, para propiciar el interés del
estudiantado por preguntarse por las situaciones problemáticas que se suscitaron
(Gallego, Pérez, Uribe, Cuéllas, & Rodríguez, 2004), y como base para la deducción
de conceptos estructurantes como lo son los de reacción completa, reacción
incompleta y reversibilidad de las reacciones. Lo anterior, cuando se tomó el
componente histórico como referencia para que los estudiantes analizaran lo
ocurrido en la parte experimental de la estrategia.
El estudio de desarrollo histórico-epistemológico del equilibrio en los científicos
del Siglo XIX, evidenció la importancia de que los estudiantes diferencien entre una
reacción completa y una incompleta al igual que analicen la reversibilidad de las
reacciones. Esto, debido a la concepción por parte de los educandos de
considerar solo las reacciones en un sentido. De la misma manera, lo expresa
Quílez (2004), cuando afirma que desafiar las ideas de los estudiantes con respecto
a que las reacciones se producen en un sentido y continúan hasta que por lo
menos uno de los reactivos se consume puede facilitar la construcción de dos ideas
básicas de las reacciones en equilibrio: la reacción incompleta y la reversibilidad
de las reacciones.
Con respecto a la propuesta experimental dentro de la estrategia, su
selección y diseño obedeció al cambio conceptual que debe generarse en los
estudiantes. Para ello se identificaron reacciones que desde el punto de vista
macroscópico le dieran la oportunidad de analizar cada uno de los eventos que
58
ocurren en ellas. Para Wandersee et al (1994) reacciones seleccionadas pueden
contribuir al cuestionamiento de las primeras ideas, así como también puede
mejorarlas empleando el pensamiento conceptual en un proceso de cambio
conceptual. Por otro lado, investigaciones han mostrado que incluir la
experimentación en la enseñanza motiva al estudiante, promueve la comprensión
de los conceptos y permite acercase a la metodología de la indagación científica,
así como fomenta el trabajo en equipo y el desarrollo de actitudes científicas
(Caamaño, 2003) (Hodson, 1994).
De igual manera, en el debate sobre la experimentación en los procesos de
aprendizaje se reconoce que el propósito fundamental de ésta es permitir que los
estudiantes relacionen el complejo mundo real con el de los conceptos construidos
a través de la historia, por lo tanto la experimentación es un referente
fenomenológico necesario para que los educandos interaccionen con los
procesos o fenómenos naturales y para que por medio de esto desarrollen
procesos congnoscitivos complejos que les lleven a realizar sus representaciones y
conceptualizaciones con las que sea posible el aprendizaje de los conceptos
(Woolnough & Allsop, 1985) (Barbera & Valdés, 1996) (Izquierdo, Sanmartí, &
Espinest, 1999) (Psillos & Niedderer, 2002) (Chamizo J. , 2004) (Chamizo & Nieto, La
enseñanza experimental de la química. Las experiencias de la UNAM, 2013).
Por otro lado, una discusión sobre los resultados obtenidos en los experimentos
dentro de la clase con los estudiantes, así como del análisis del componente
histórico-epistemológico plasmado en las guías, representa un elemento
importante en el cambio conceptual de estos, ya que por medio del dialogo se
intercambian significados, se arman consensos, se explican eventos y se aclaran
inquietudes, por lo tanto no se puede desconocer los procesos de interacción
dialógica donde la argumentación ocupa un lugar importante (Osborne, Simon, &
Collins, 2003) (Scott, Mortimer, & Aguiar, 2006) (Wolfe & Alexander, 2008).
Finalmente, en los procesos de enseñanza aprendizaje, la evaluación como
elemento esencial, debe aplicarse para verificar el aprendizaje de los estudiantes,
así como para revisar la práctica docente. Lo anterior, lo desglosa Gutiérrez (2002),
cuando afirma que, “la evaluación es un medio que nos permite corregir algunas
59
fallas y procedimientos docentes, retroalimenta los mecanismos de aprendizaje,
permite planear nuevas experiencias de aprendizaje…así como revisar su
desempeño docente e implementar las medidas correctivas inmediatamente”.
Bajo esta perspectiva, la evaluación de los conocimientos de los estudiantes,
mostró la efectividad de la estrategia de enseñanza-aprendizaje, así como dejó la
evidencia de aquellos aspectos por mejorar.
Dentro de estos parámetros, y teniendo como objetivo la evaluación de la
efectividad de la estrategia de enseñanza-aprendizaje propuesta , en este aparte
del documento, se analizó el cambio conceptual de los estudiantes a partir del test
de proposiciones de Ravíolo et al (2001), aplicado antes y después de desarrollada
dicha estrategia. En este punto, es importante resaltar que la verificación de las
concepciones de los estudiantes antes y después de la aplicación de la estrategia,
constituye una herramienta útil para integrar conceptos enseñados con
anterioridad y diagnosticar dificultades que perduran en el tiempo (Ravíolo,
Baumgartner, Lastres, & Torres, 2001) (Kind, 2004), a la vez que permite establecer
el cambio conceptual de los estudiantes durante el proceso.
El cambio conceptual que se presentó en la estrategia de enseñanza, partió
de la apropiación del concepto de reacción completa, para luego asimilar el de
reacción incompleta y así entender los procesos reversibles que alcancen el
equilibrio.
En la estrategia por lo tanto, a partir de la experimentación en la sesión 1 y 2,
se buscó que los estudiantes entraran en un conflicto conceptual con relación a la
existencia de reacciones incompletas ya que daban por hecho que todas las
reacciones eran completas. Posteriormente, en la sesión 3, una vez se identificó
que existía claridad en los estudiantes con respecto a los conceptos de reacción
completa e incompleta, se dio paso a que estos analizaran los procesos reversibles
en equilibrio cuando eran afectados por ciertas variables. Finalmente, se verificó lo
aprendido por los estudiantes por medio de las respuestas dadas por los estudiantes
a través del test de Raviolo, que a su vez, sirvió de herramienta para evidenciar el
cambio conceptual dado en los estudiantes.
60
Lo expuesto en el párrafo anterior, denota el cambio conceptual en los
estudiantes una vez se aplica la estrategia, ya que se cumplieron las condiciones
dadas por Strike y Posner (1985), (Mortimer, 1995), (Rodríguez-Moneo, 2003): 1. la
insatisfacción por parte del estudiantes con las concepciones existentes; en nuestro
caso, relacionadas por el conflicto entre reacción completa e incompleta; 2. la
nueva concepción que debe ser mínimamente entendida; evento que se
evidenció cuando los estudiantes lograron explicar con sus palabras la diferencia
entre una reacción completa y una incompleta; 3. La nueva concepción debe
parecer desde el inicio aceptable; hecho validado por lo citado en el punto 2; y
por último, 4. La nueva concepción debe ser fructífera, es decir, aplicable a un
gran número de fenómenos; lo cual se reafirma cuando los estudiantes tienen la
capacidad de predecir el comportamiento de los procesos reversibles en equilibrio
que han sido perturbados.
61
6. Seguimiento a los objetivos de
investigación.
Los objetivos planteados en una investigación es un referente que marca la ruta a
seguir. Dentro del documento se ha expuesto en el aparte correspondiente a
resultados y discusión el seguimiento y cumplimiento a los objetivos.
Uno de los objetivos era evaluar los saberes previos de los estudiantes sobre
cinética química, reacción química y estequiometria de las reacciones (1.3.2.1),
con el fin de establecer las acciones correspondientes a nivel de clase y dentro de
la estrategia para mejorar el aprendizaje de la temática, en nuestro caso con
relación al equilibrio químico. Lo anterior se efectúo por medio del test de Raviolo,
et al (2001), y a partir de los resultados se diseñaron las sesiones con el fin de suplir
dicha falencia.
De igual manera se realiza un registro en los resultados de la metodología
empleada para el establecimiento de los contenidos específicos para el tema de
equilibrio químico (1.3.2.2) y se deja consignado dentro del documento aquellos
considerados pertinentes dentro de la estrategia.
De igual manera se realizó un análisis de los conceptos que se desarrollaron
a la luz del trabajo experimental de los científicos a través de la historia en la
construcción del concepto de equilibrio químico (1.3.2.3), con el fin de seleccionar
los experimentos pertinentes que se utilizaron en la estrategia y que en su momento
sirvieron para que los científicos establecieran sus hipótesis y teorías. Ya que serían
determinantes en la construcción de conceptos estructurantes para el equilibrio
químico.
Otro de los objetivos planteados en la investigación era el de definir los
elementos constitutivos y la estructura de la estrategia didáctica sobre equilibrio
químico (1.3.2.4). Dentro de los resultados se muestra los elementos que formaron
parte de la estrategia discriminando como se desarrollaron las sesiones y los
62
momentos que se dieron dentro de cada sesión. Allí se establece el tiempo y el
número de sesiones.
Finalmente, se planteó la evaluación de la estrategia para así establecer su
efectividad (1.3.2.5). Para ello, se realizó una comparación entre las respuestas
dadas por los estudiantes acerca del tema de equilibrio químico antes y después
de la estrategia, mediante el empleo del test de proposiciones de Raviolo et al
(2001). Mediante el análisis de las respuestas se estableció la efectividad de la
estrategia y el cambio conceptual dado en los educandos.
7. Conclusiones
El enfoque histórico-epistemológico del conocimiento permitió la definición
de los contenidos dentro de la estrategia de enseñanza-aprendizaje, ya que fue
un referente para diseñar la ruta a seguir e involucrar conceptos estructurantes que
fueron la base para la construcción y apropiación del conocimiento en los
estudiantes.
El componente experimental dentro de la estrategia didáctica con enfoque
histórico-epistemológico, fue lo suficientemente ilustrativo para que los estudiantes
analizaran los eventos y tuvieran un referente fenomenológico, que les permitiera
desarrollar procesos cognoscitivos complejos y a partir de ello, realizaran sus
propias representaciones y conceptualizaciones.
La estrategia didáctica de enseñanza-aprendizaje del equilibrio químico
con un enfoque histórico-epistemológico permitió que la mayoría de los
estudiantes reconocieran correctamente las características de un sistema químico
en equilibrio en cuanto a la concentración de las sustancias y la velocidad de
reacción directa e inversa.
Los experimentos desarrollados por los estudiantes contribuyeron a la
consolidación de conceptos estructurantes para el equilibrio químico como son los
de reacción completa, reacción incompleta y reversibilidad de la reacción, así
como el carácter dinámico del equilibrio.
La estrategia didáctica contribuyo a que la mayoría de los estudiantes
establecieran adecuadamente predicciones a cerca de los cambios del sistema
en equilibrio suscitados por la modificación de: la concentración de los reactivos,
la temperatura del sistema y la presión de la reacción en equilibrio, sin depender
directamente del valor de la constante de equilibrio.
68
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ANEXO B
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82
83
84
ANEXO C
85
86
87
88
ANEXO D
89
90
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ANEXO E
92
93